15種珍貴樹種固碳釋氧和降溫增濕功能研究

吳培衍,吳藝東,林天民,盧敏勇

(龍海林下國有林場,福建漳州363000)

15種珍貴樹種固碳釋氧和降溫增濕功能研究

吳培衍,吳藝東,林天民,盧敏勇

(龍海林下國有林場,福建漳州363000)

以漳州市龍海林下林場15種珍貴樹種為材料,進行光合速率、葉面積指數和蒸騰速率的測定,對其固碳釋氧和降溫增濕功能進行量化研究。結果表明:石筆木有最大的葉面積指數,竹葉楠有最大的綠量,紅葉烏桕的葉面積指數和綠量均最小。香樟、紅錐、石筆木、蝴蝶樹和油楠的固碳釋氧能力在供試的珍貴樹種中是較強的,而紅葉烏桕和米老排的固碳釋氧能力較弱。日降溫增濕效果其從低到高的順序為紅色烏桕、米老排、火燒花、秋楓、檀香紫檀、降香黃檀、石筆木、油楠、竹葉楠、天竺桂、蝴蝶樹、檀香、沉香、香樟和紅錐。基于對供試15種珍貴樹種固碳釋氧和降溫增濕能力的分析認為,紅錐、香樟和蝴蝶樹可作為優選樹種。

珍貴樹種;固碳釋氧;降溫增濕

生態風景林是城市森林的重要組成部分,是城市森林的一種高級表現形式,隨著城市化的迅速發展,生態風景林在改善城市環境、提高生活環境質量等方面的作用日益受到重視,其發展也從過去的以觀賞價值為主,向注重生態、觀賞、游憩等綜合效益的方向發展,推動城市園林綠地生態效益從定性轉向定量研究。喬木樹種通過光合作用發揮固碳釋氧和降溫增濕的功能,對改善城市空氣質量,實現城市生態系統良性循環具有重要意義[1-3]。城市森林在進行樹種的規劃設計時,不僅要考慮樹木的美學功能,更應注重其生態效益的發揮[4-6]。近年來,對城市森林方面的研究主要集中在植物群落植物配置等方面,而在生態功能定量化的研究較少,有關珍貴樹種的研究更是鮮見報道。本文對漳州市龍海林下國有林場內15種珍貴喬木樹種的固碳釋氧和降溫增濕功能進行研究,以期為漳州市城市生態風景林的樹種選擇及環境效益的定量評價提供科學依據,為今后漳州城市森林的建設和改造提供參考。

1 試驗區概況

漳州市地處南亞熱帶,屬海洋性季風溫暖濕潤氣候區,年均溫21℃,無霜期＞330 d,年日照2 000～2 300 h,年積溫7 701.5℃,年降雨量1 600～1 700 mm,土壤類型主要為紅壤和磚紅壤。漳州市龍海林下國有林場引進適宜在漳州地區生長的珍貴樹種300多種,其中國家三級以上的保護樹種69種。本研究在對漳州市龍海林下國有林場公園內珍貴樹種種類和生長狀況進行調查與分析的基礎上,根據樹種的生長狀況、景觀效果及重要值等綜合特征,選擇紅葉烏桕、米老排、沉香、檀香、降香黃檀、天竺桂、秋楓、檀香紫檀、油楠、香樟、竹葉楠、紅椎、石筆木、蝴蝶樹和火燒花等15種珍貴樹種作為研究對象(表1)。

表1 試驗樹種概況

2 研究方法

2.1 葉面積指數的測定

利用Li-2000植物冠層分析儀測定15種珍貴樹種葉面積指數,在2014年6—8月期間,選擇無風陰天的天氣,每個樹種選擇3-5株樹冠完整、個體相似的植株,在8:00—9:00期間,分別對每株樹的葉面積指數進行采集。

2.2 單株樹種的綠量計算

根據所測得的各樹種葉面積指數,結合每種樹種的樹冠面積,得出單株樹種的綠量。

本研究中試驗所測樹種的樹冠均近似圓形,則樹冠面積的計算公式:

式中,S1代表樹冠面積,π取3.14,r為代表樹冠半徑。

從而單株樹種的綠量計算公式為:

式中,LAI代表葉面積指數

2.3 固碳釋氧量的測定

根據植物光合作用的原理,樹種的固碳釋氧和降溫增濕效應的計算,依賴于對樹種光合速率及蒸騰速率的測定。試驗于2014年7-9月份在漳州市龍海林下國有林場內,利用Li-6400便攜式光合測定系統于晴朗、無風的天氣情況下,從早8:00到晚16:00每隔2 h測定1次。同一樹種選健康植株3株,隨機選取樹木向陽面中部的葉片進行測定,每株取3～5片葉,待系統穩定后,每片葉取3個瞬時光合速率值。

植物的固碳釋氧量基于光合速率測定,樹種在測定當日的凈同化量的計算公式為[3,7-8]:

其中:P為測定日的同化總量(mmol m-2d-1);Pi為初測點的瞬時光合作用速率;Pi+1為下一測點的瞬時光合作用速率(μmol m-2s-1):t1為初測點的瞬時時間;ti+1為下一測點的時間(h):j為測試次數;3 600指每小時3 600 s;1 000指1 mmol為1 000μmol。

將測定日的同化總量換算為測定日固定CO2的量,計算公式為:

式中:44為CO2的摩爾質量:WCO2為單位面積的葉片固定CO2的質量(g m-2d-1)

根據光合作用的反應方程CO2+4 H2O→CH2O+3 H2O+O2可計算出該測定日樹種釋放O2的質量(g m-2d-1)計算公式為:

式中:32為O2的摩爾質量;WO2為單位面積的葉片固定O2的質量(g m-2d-1)

2.4 降溫增濕的測定

降溫增濕量則基于蒸騰速率的測定,各種樹種在測定當日蒸騰總量的計算公式為:

其中:E為測定日的蒸騰總量(mol m-2d-1); e為初測點的瞬時蒸騰作用速率:ei+1為下一測點的瞬時蒸騰作用速率(mmol m-2d-1);t1為初測點的瞬時時間:ti+1為下一測點的時間(h):j為測試次數;3 600指每小時3 600 s;1 000指1 mol為1 000 mmol。

用測定日的蒸騰總量換算為測定日釋放水的質量WH2O(g m-2d-1),其計算公式為:

式中18為水的摩爾質量(g mol-1)。

每m2葉片在一天中因蒸騰作用散失水分而吸收的熱量Q為:

式中,Q為單位葉面積每日吸收的熱量kJ m-2d-1;L為蒸發耗熱數(J g-1oC-1)(L=597-0.57×t,t為測定日的溫度)。

蒸騰作用引起的氣溫下降值為:

式中,ΔT為溫度的下降值;PC是空氣容積熱容量,為1 256 J m-3h-1,12指白天12 h。

3 結果與分析

3.1 葉面積指數和綠量分析

由表2可知,15種珍貴樹種的葉面積指數LAI差異顯著。15種珍貴樹種葉面積指數LAI分布在0.4～7.4,其中紅葉烏桕的葉面積指數最小,石筆木的最大。其他樹種由小到大分別是沉香、檀香、米老排、紅錐、降香黃檀、秋楓、天竺桂、蝴蝶樹、檀香紫檀、油楠、香樟、竹葉楠、火燒花。

表2 單株葉面積指數、樹冠面積、綠量

綠量的大小影響樹木滯塵降噪、凈化空氣以及釋放空氣負離子等多種環境功能的發揮,因此,在城市森林規劃設計選擇綠量大的樹種將有利于提高其對環境改善的貢獻率[3]。而單株樹種的綠量由樹冠面積和葉面積共同決定。由表2可知,15種珍貴樹種的綠量分布在5.1～323.72 m2之間,差異顯著。竹葉楠單株綠量最大(323.72 m2),是最小紅葉烏桕綠量的63.5倍,其它樹種綠量由小到大的排序為紅錐、沉香、檀香、秋楓、米老排、降香黃檀、天竺桂、蝴蝶樹、石筆木、檀香紫檀、油楠、火燒花和香樟。

3.2 固碳釋氧能力分析

光合速率大小和單位面積固碳釋氧量反映了樹木通過葉片光合作用固碳釋氧能力的強弱。由表3可知,15種珍貴樹種的凈光合速率變化范圍在1.63～8.28μmol m-2s-1,其中米老排的值最小,香樟的值最大,其他樹種由小到大依次為紅葉烏桕、秋楓、降香黃檀、檀香紫檀、天竺桂、沉香、檀香、竹葉楠、油楠、火燒花、蝴蝶樹、石筆木和紅錐。

凈同化量是樹種單位時間內光合作用產生的有機物與呼吸作用消耗的有機物間的差值。本文通過測定光合作用的凈同化量值,計算其單位葉面積日固碳釋氧量[9]。不同樹種單位葉面積日固碳釋氧量存在差異,其日固碳量變化范圍在2.00～10.71 g m-2d-1之間,日釋氧量變化范圍在1.45～7.79 g m-2d-1之間,其中米老排的日固碳量和釋氧量最小,香樟的值最大,其他樹種由小到大依次為紅葉烏桕、秋楓、降香黃檀、檀香紫檀、天竺桂、沉香、檀香、竹葉楠、火燒花、油楠、蝴蝶樹、石筆木和紅錐。

表3 15種珍貴樹種單位葉面積的日固碳釋氧量

3.3 降溫增濕能力分析

樹木的日蒸騰釋水量取決于其單位葉面積日蒸騰量,由表4可知,不同樹種的單位葉面積日蒸騰量、釋水量、吸熱量和降溫度數差異明顯,其變化范圍分別為19.64～95.67 mol m-2d-1、353.50～1722.11 g m-2d-1、854.35～4162.06 kJ m-2d-1和0.06～0.28℃,均以紅葉烏桕為最低,紅錐最高。其他樹種由小到大依次為米老排、火燒花、秋楓、檀香紫檀、降香黃檀、石筆木、油楠、竹葉楠、天竺桂、蝴蝶樹、檀香、沉香和香樟。降溫增濕能力以紅錐最強。

表4 15種珍貴樹種單位葉面積的日蒸騰釋水量及吸熱量

4 結論

單株綠量和葉面積指數反映了樹木葉片的疏密程度,葉面積指數LAI越大,表明單位土地上葉片面積越大,葉片層疊度高,對光能形成了多層的利用,避免了光能的浪費,能提高了光能的利用效率[10]。本研究中石筆木有最大的葉面積指數,竹葉楠有最大的綠量,紅葉烏桕的葉面積指數和綠量均最小。因此,在城市森林綠化過程中,石筆木和竹葉楠可作為備選樹種,有利于增強城市森林對城市環境功能改善的貢獻作用。

本研究結果表明香樟、紅錐、石筆木、蝴蝶樹和油楠的固碳釋氧能力在供試的珍貴樹種中是較強的(固碳值大于8 g m-2d-1),而紅葉烏桕和米老排的固碳釋氧能力較弱(固碳值小于3 g m-2d-1)。樹種在發揮著固碳釋氧功能的同時,還能發揮著降溫增濕的作用。一方面通過阻擋陽光,減少到達地面的輻射量;另一方面通過蒸騰作用吸收周圍環境中的熱量,達到降低空氣溫度的目的[11]。本研究中珍貴樹種單位葉面積日蒸騰量、日釋水量、日吸熱量和降溫度數等指標,其從低到高的順序為紅色烏桕、米老排、火燒花、秋楓、檀香紫檀、降香黃檀、石筆木、油楠、竹葉楠、天竺桂、蝴蝶樹、檀香、沉香、香樟和紅錐。由于香樟、紅錐和蝴蝶樹的固碳釋氧能力和降溫增濕能力優于其他珍貴樹種,能發揮較好的生態功能,因此,紅錐、香樟和蝴蝶樹可作為優選樹種。

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Efficiency of Carbon Sequestration and Oxygen Release as well as Cooling and Humidification of 15 Precious Tree Species

Wu Peiyan,Wu Yidong,Lin Tianmin,Lu Minyong
(Longhai Linxia State-Owned Forest Farm,Zhangzhou 363000,China)

Taking 15 precious tree species in Longhai Linxia State-Owned Forest Farm in Zhangzhou City as materials,photosynthetic rate,leaf area index(LAI)&transpiration rate were determined.Result shows that leaf area index of Tutcheria championi are the maximum;the green biomass of Phoeba faberi are the maximum;the leaf area index and green biomass of Euphorbia cotinifolia are both minimum.The capability of carbon sequestration&oxygen release of Cinnamomum camphora,Castanopsis hystrix,Tutcheria championi,Heritiera parvifolia and Sindora glabra are stronger in these precious trees,while that of S.sebiferum and Mytilaria laosensis are weaker.The ascending order of effects of daily cooling and humidification is Euphorbia cotinifolia sebiferum,Mytilaria laosensis,Mayodendron igneum,Bischofia javanica,Pterocarpussantalinus,Dalbergia odorifera,Tutcheria championi, Sindora glabra,Phoebe faberi,Cinnamomum japonicum,Heritiera parvifolia,Santalum album,Aquilaria sinensis,Cinnamomum camphora and Castanopsis hystrix.Castanopsis hystrix,Cinnamomum camphora and Heritiera parvifolia were considered to be priority tree species by analyzing the efficiency of carbon sequestration and oxygen release as well as cooling and humidification among 15 precious tree species.

precious tree species;carbon sequestration and oxygen release;cooling and humidification

Q945.11

:A

10.13601/j.issn.1005-5215.2015.11.024

1005-5215(2015)11-0063-04

2015-10-12

漳州市科技計劃項目

吳培衍(1971-),男,高級工程師,主要從事苗木栽培研究,Email:wpy98@sohu.com