對生態系統調節和保護功能的量化分析——以某高速公路生態驗收調查為例

梁偉 史延萍 （天津市環境監測中心 天津 300191)

0 引言

各地生態系統的基本功能是作為物質生產和太陽能固定的功能，具體的表現為生態系統的生產功能。本文案例項目所選的區域最重要的生產功能是農業生產功能。由案例項目的占地類型以及分布來看，某一區域農業的格局和組成分布不會受到影響，也就是說農業的生態結構沒有受到不利影響，而功能一般是由結構決定，所以它的生產功能基本沒有受到什么影響，只是產量稍微有一些影響。

生態系統的另一基本功能是調節和保護的功能。綠色植物可以通過光合作用吸收二氧化碳，呼出氧氣，而且有滯塵、吸收二氧化硫這些污染物的作用。本文案例所選的區域生態系統的調節和保護功能，一般是由該區域的植被所決定的，鑒于本案例項目的取土區域和臨時占地大都得到了及時的綠化恢復，區域植被覆蓋度的降低僅僅限于公路兩側永久占地中的路面部分，并且它的恢復措施采用的植物大多是本地物種，引進的物種也已經是被證明不會成為那些入侵的生物物種，如冬青、蜀檜、紫葉李等，所以這片區域的生態功能基本不會改變。

1 植物固碳的概念

固碳也叫碳封存，指的是增加除大氣之外的碳庫的碳含量的措施，它包括物理固碳和生物固碳。物理固碳是將二氧化碳長期儲存在人類開采過的油氣井、煤層和深海里。植物固碳是植物通過光合作用可以將大氣中的二氧化碳轉化為碳水化合物，并以有機碳的形式固定在植物的體內或土壤中。而生物固碳就是利用植物的這些光合作用，提高生態系統的碳吸收和儲存能力，從而減少二氧化碳在大氣中的濃度，減緩全球變暖的趨勢。

2 量化分析

一般綠色植物的固碳釋氧量可以從一個方面定量地說明生態系統的功能情況。現將本文的案例公路建設前后綠色植物固碳釋氧量的變化計算如下：

2.1 計算方法

綠色植物光合作用[1]的反應式可寫為：

即光合作用每吸收固定1mol的CO2，就會釋放出1mol的O2。換算成質量，即每吸收固定1g的CO2，就會釋放出0.73g的O2。

植物都有呼吸作用，其反應式可寫為：

固碳釋氧量的計算公式如下：

式中：P和O分別為綠色植物吸收二氧化碳量和釋放氧氣量的變化；

P1、P2、P3分別為綠化隔離帶、防護林草、收費站和互通立交的綠化（綠色植物）吸收二氧化碳量；P4為原來的農田吸收二氧化碳量；

O1、O2、O3分別為綠化隔離帶、防護林草、收費站和互通立交的綠化（綠色植物）釋放氧氣量，O4為原來農田的釋放氧氣量。

式中：Pi、Oi分別為第i類綠地吸收二氧化碳量和釋放氧氣量；

Si為第i類綠色植物的計算面積；

Fi第i類綠色植物的光合作用的時間；

Ki、Ji分別為第i類綠地光合作用強度系數，即單位時間單位面積吸收的二氧化碳量和放出的氧氣；

K0、J0分別為第i類綠色植物單位時間單位面積呼吸作用所放出的二氧化碳量和吸收的氧氣量；

F0為第i類綠色植物呼吸作用計算的時間。

2.2 參數選擇

研究表明，對于生長良好的草坪，每平方米面積1小時可吸收二氧化碳1.5g，釋放出氧1.1g。而成年喬木由于它的葉片層次比較多，日固碳量、釋氧量相當于同面積草坪的3～5倍。考慮到實際情況，在計算時，參數選擇考慮如下：

①單位時間單位面積的固碳量釋氧量。[2]一般以草坪、草本植物和灌木為主的綠化隔離帶、收費站和互通立交我們按草坪考慮，在光合作用進行的時間內，草坪每平方米1小時可吸收二氧化碳1.5g，放出氧氣1.1g。我們以每天的光合作用時間平均按12h計算，即每平方米每天吸收二氧化碳18g，放出氧氣13.2g。

對于以闊葉樹種為主的防護林，因其葉片面積較大，日固碳量釋氧量取同面積草坪的5倍，即每平方米每天吸收二氧化碳90g，放出氧氣66g。

②綠色植物無論是在白天還是夜間都有呼吸作用，但白天的呼吸作用在計算時已與光合作用綜合考慮，夜間單位時間呼吸作用所消耗的O2我們按白天同時間光合作用的1/10計算。即每平方米草坪、草本植物和灌木呼吸作用消耗的O2為1.32g，呼出的二氧化碳1.8g；闊葉樹種呼吸作用消耗的O2為6.6g，呼出的二氧化碳為9g。

③在5年以后，隨著公路兩側沿線農業結構的不斷調整，林果業面積的不斷增大，經濟作物和糧食作物間作，其參數介于闊葉樹種和草本植物之間為：以光合作用每平方米每天釋放O235g，吸收二氧化碳50g計；呼吸作用吸收氧氣3.5g，呼出二氧化碳5g計算。

④我們取所有植被的生長期為270d。

⑤忽略草坪、灌木和闊葉樹的休眠期的呼吸作用。

⑥對于一般農作物的固碳釋氧量我們認為與草本植物的相同。

2.3 計算結果

考慮到高速公路運營初期防護林以及綠地的建設還不完善，5年以后，防護林樹木將長成，綠地系統也得到了基本完善，以及公路兩側沿線的農業結構的不斷調整，林果業面積不斷擴大，那么植物的固碳釋氧量也將隨之發生很大變化。因此，分別計算目前和5年以后這兩種情況下，相對于案例工程建設前原有農作物植被固碳釋氧量的變化。計算結果分別見表1和表2。

表1 案例項目運營初期范圍綠色植物固碳釋氧量變化

表2 案例項目運營5年以后的區域植被吸碳釋氧量變化

3 計算結果分析

本文所選案例公路的項目建設使土地的利用方式發生了變化，項目的主體工程對土地的占用改變了土地的利用性質，使原來單一的農作物覆被發展成為防護林、綠地、農作物和林果等多種類型的覆被，從而使這一區域綠色植物的固碳釋氧量也隨之發生相應變化。

由于公路建設占用了一定面積的農田，并且侵占了植被的生長空間，使區域植被覆蓋面積減少，而且目前防護林草及綠地的建設還不完善，防護林樹木和公路兩側沿線林果苗剛栽種1～2年，都還處于幼苗期；服務區、管理區、互通立交綠地和邊坡防護綠地面積有待進一步擴大；公路建設中產生的揚塵落到植物的葉面上，堵塞氣孔，影響植物的正常光合作用，使其生長緩慢，生產力下降，生物量將減少。因此，這一區域的植被固碳釋氧量相對公路建設前有所減少。從表1可以看出：目前該區域的植被每年少吸收二氧化碳1.3萬t，少釋放出氧氣7288t。

而在5年以后，防護林草坪草地和綠地建設得到完善，防護林那些小樹苗也長成為枝繁葉茂的大樹，綠地面積隨之擴大。同時當地政府不斷調整農業發展方向，要求在公路兩側種植寬度為50～100m的林木，公路兩側沿線200m范圍內的農業結構也會不斷調整，林果面積增大，現在的幼果林也將成長為繁盛的果林。因此，案例區域植被吸收二氧化碳和釋放氧氣的量也相應增加，從表2可以看出：公路防護林的草坪草地、綠化綠地以及公路建設帶動的周邊農業結構的調整使該區域的植被每年多吸收二氧化碳9.7萬t，多釋放氧氣6.7萬t。

4 小結

本文旨在為生態調查驗收提供一種量化的計算方法，使我們從單純的定性分析提高到運用量化數據進行對比分析，借以說明一個生態項目的建設完成后能否達到我們預期的生態效益；如果不能，可以根據分析結論，提出相應的補償方案，在必要時可提出異地補償的要求，以確保這些生態的建設項目的生態功能不降低。■

[1]王麗勉，胡永紅，秦俊，等.上海地區151種綠化植物固碳釋氧能力的研究 [J].華中農業大學學報，2007，26（3）：129-131.

[2]韓煥金.城市綠化植物的固碳釋氧效應[J].東北林業大學學報，2005（5）：70-72.