18種常見灌木綠化樹種光合特性及固碳釋氧能力分析

林欣 林晨菲 劉素青 李林鋒

摘 要 采用Li-6400便攜式光合儀對廣州市區18種常見園林綠化灌木樹種的凈光合速率日變化進行測定，估測其日凈固碳釋氧量；以日凈固碳量為指標，運用離差平方和對不同灌木樹種的固碳釋氧能力進行聚類分析。結果表明：不同樹種的光合特性有差異，光合速率日變化曲線呈單峰型和雙峰型2種類型。大多數植物凈光合速率的日最高值出現在上午10：00～12：00，少數植物出現在下午14：00～16：00。不同樹種固碳釋氧能力也有所差異，其中固碳釋氧能力最強的4種灌木分別為馬纓丹、假連翹、黃葉榕和紅桑，最弱的為棕竹。依據日凈固碳量將灌木樹種聚為3類，日凈固碳量高的如馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑[固碳量為7～10 g/（m2·d），釋氧量為5～7 g/（m2·d）]，日凈固碳量中等的如葉子花、朱槿、九里香、米仔蘭、鵝掌藤、含笑花、狗牙花[（固碳量為5～7 g/（m2·d），釋氧量為3～5 g/（m2·d）]，日凈固碳量低的如朱蕉、變葉木、紅背桂花、茉莉花、江邊針葵、基及樹、棕竹[（固碳量為2～5 g/（m2·d），釋氧量為1～3 g/（m2·d）]。本研究將為碳匯林業指導下的園林綠化樹種選擇提供一定的參考價值。

關鍵詞 綠化樹種 ；凈光合速率 ；固碳釋氧量 ；聚類分析

分類號 S688

隨著城市化的發展，大氣污染越來越嚴重，空氣中的二氧化碳濃度不斷上升，全球溫室效應也日益加劇，尋找可減少二氧化碳排放量的有效途徑及能夠減緩溫室效應的有效可行方法是當代人類刻不容緩的任務。樹木的生長是碳素化合物的積累過程，而這些碳素化合物最終來自由光合作用所固定的CO2[1]。綠色植物在進行光合作用的過程中需要將二氧化碳作為原料，通過光合作用生成碳水化合物并釋放出氧氣。通過森林固碳來減少大氣中的二氧化碳濃度已經成為國際公認的緩解氣候變暖的有效途徑[2]。不同的樹種因其生理特性的不同，固碳釋氧能力也不同[3]。因此，研究植物的固碳釋氧能力，可為城市綠化樹種的篩選和配置及選擇固碳釋氧能力強的植物進行大規模種植提供科學依據，這對提高城市綠化質量、實現經濟效益和生態效益最大化都具有重要意義。

關于植物固碳釋氧的研究始于20世紀60～70年代，近十幾年才被人們所重視。中國對植物固碳釋氧的研究起步較晚，自20世紀90年代后，有關園林植物固碳釋氧的研究才有了進展，并逐漸取得一些研究成果[4]。20世紀70年代以來，關于綠化植物的生態效益研究得到了廣泛的發展，研究內容涉及降溫增濕、吸收CO2及有害氣體、釋放O2、抗污、滯塵、殺菌和減低環境噪音等[5]，有關森林整體的固碳效應研究也呈現許多成果[6-7]，被用于研究單種植物固碳釋氧力的多數是北部和東部地區植物[8-10]，關于廣東地區植物固碳釋氧力的研究還不多見。不同地區之間的植物種類有很大的差別，有些植物地區性較明顯，同種植物在不同地區往往表現出不同的生理生態特性。在實際運用上不能照搬以其他地區本地物種為研究材料的結果，因此，要指導生產發展必須從實際出發，研究當地植物的特性。為了提高廣州市城市綠化質量，本研究擬對廣州市常見灌木綠化樹種的凈光合速率進行測定，并對各樹種的光合速率日變化、日凈光合同化量、固碳釋氧量進行比較分析，探討相關樹種固碳釋氧能力，為城市綠化樹種的選擇和配置提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2013年7～8月份在廣州市區進行，選取長勢良好、無病蟲害的馬纓丹（Lantana camara L.）、假連翹（Duranta repens L.）、黃葉榕（Ficusmicrocarpa cv. Golden Leaves） 、紅桑（Acalypha wilkesiana Muell.-Arg.）、葉子花（Bougainvillea spectabilis Willd.）、朱槿（Hibiscus rosa-sinensis L.）、九里香（Murraya exotica L.）、米仔蘭（Aglaia odorata Lour.）、鵝掌藤（Schefflera arboricola H.）、含笑花[（Michelia figo（Lour.） Spreng.）]、狗牙花[（Ervatamia divaricata（L.）] Burk. cv. Gouyahua）、朱蕉[（Cordyline fruticosa（L.）A. Cheval.）]、變葉木[（Codiaeum variegatum（L.）A. Juss.]、紅背桂花（Excoecaria cochinchinensis Lour.）、茉莉花[（Jasminum sambac（L.）Ait.）]、江邊針葵（Phoenix roebelenii O. Brien）、基及樹[（Carmona microphylla（Lam.）G. Don）]和棕竹[（Rhapis excelsa（Thunb.）Henry ex Rehd.）]等常見的灌木綠化樹種作為試驗材料。

1.2 方法

采用美國Li-Cor公司制造的Li-6400便攜式光合儀，每天從8：00～18：00每隔2 h對所選樹種的凈光合速率進行測定。每樹種選 3株，每株選3片中部外圍功能葉進行測定，取3次測定的平均值。根據各樹種的凈光合速率日變化曲線圖，使用簡單積分法計算各種植物在測定當日的凈同化量[11]，計算公式如下。

2 結果與分析

2.1 灌木樹種凈光合速率日變化

各灌木樹種的凈光合速率日變化曲線見圖1。由圖1可以看出，在1 d之中，各灌木樹種的凈光合速率日變化表現不同，有的為單峰曲線，即光合速率隨光照強度的增強而增大，隨光照強度的減弱而減小，如狗牙花、基及樹、變葉木、紅桑、葉子花、九里香、江邊針葵、馬纓丹、鵝掌藤、棕竹、朱蕉和黃葉榕，但其峰值出現的時刻有所差異，大部分樹種的峰值出現在中午12：00，少部分樹種在14：00左右達到一天中的最高峰，此后凈光合速率快速下降。有的表現為雙峰曲線，即樹種的凈光合速率日變化曲線有2個峰值，第一個峰值出現在10：00～12：00之間，第二個峰值出現在16：00左右，此后凈光合速率逐漸下降，如茉莉花、含笑花、米仔蘭、紅背桂花、朱槿和假連翹。這也即植物光合作用的“光合午休現象”，有的可能是氣孔限制，有的可能是非氣孔限制的原因，具體情況還有待于進一步研究。

2.2 固碳釋氧量分析

植物的日凈光合同化量是指植物白天光合作用產生的有機物與夜間呼吸作用消耗的有機物之差。日凈光合同化量越大說明植物的生產能力越強，固定在體內的碳含量與釋放到空氣中的氧量也就越大[11-13]。各灌木樹種固碳釋氧量的值從大到小排列見表1。

從表1可知，所測灌木樹種中光合同化能力最強的5個樹種分別為馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑、葉子花，光合同化能力最弱的5個樹種分別為紅背桂花、茉莉花、江邊針葵、基及樹、棕竹。其中光合同化能力最強的馬纓丹日凈光合同化量是光合同化能力最弱的棕竹的4.23倍。

2.3 樹種日凈固碳量聚類分析

根據各樹種日凈固碳量的計算結

果，采用SPSS統計分析軟件提供的系統聚類中的Ward法（或稱離差平方和法）對各樹種的日凈固碳量進行聚類分析。Ward法的目的是將在一組中偏差（方差）增長盡可能最小的每一對象（組）合并起來，以此建立盡可能同種的類[14]。將樹種各自看成一類，以各樹種的日凈固碳量作為衡量植物吸收CO2的特征向量，用Ward法對樹種日凈固碳量進行聚類，結果見圖2。

由圖2可以看出，使用Ward法將18個灌木類樹種日凈固碳量聚為3類：第1類（日凈固碳量高）如馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑，固碳量為7～10 g/（m2·d），釋氧量為5～7 g/（m2·d）；第2類（日凈固碳量中等）如葉子花、朱槿、九里香、米仔蘭、鵝掌藤、含笑花、狗牙花，固碳量為5～7 g/（m2·d），釋氧量為3～5 g/（m2·d）；第3類（日凈固碳量低）如朱蕉、變葉木、紅背桂花、茉莉花、江邊針葵、基及樹、棕竹，固碳量為2～5 g/（m2·d），釋氧量為1～3 g/（m2·d）。

因此，在城市綠化樹種的選擇上，從固碳釋氧力的角度出發，建議多選擇第1類、第2類灌木樹種，適當搭配第3類樹種。

3 討論與結論

植物凈光合速率的高低決定了其固碳釋氧能力的大小，然而植物的凈光合速率的變化除與樹種的生物學特性有關外，還受許多外界生態因子的影響。植物的光合作用是植物與外界環境進行能量轉化的過程，在此過程中植物將大氣中的CO2固定在體內并釋放出O2。凈固碳量越高說明此種植物與外界交換的CO2和O2量越多，固定在體內的有機質含量就越高。本研究所選樹種中，固碳釋氧能力最強的是馬纓丹，最弱的棕竹，其余的排序為假連翹>黃葉榕>紅桑>葉子花>朱槿>九里香>米仔蘭>鵝掌藤>含笑花>狗牙花>朱蕉>變葉木>紅背桂花>茉莉花>江邊針葵>基及樹。通過進一步的聚類分析，將18個灌木樹種分為3類，即日凈固碳量高樹種[7～10 g/（m2·d）]、日凈固碳量中等樹種[5～7 g/（m2·d）]和日凈固碳量低樹種[2～5 g/（m2·d）]。從城市碳匯的角度出發，園林綠化樹種的營造可以優先選擇固碳潛力大的樹種，如馬纓丹、假連翹、黃葉榕、紅桑等。

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