基于固碳效應的綠地優化配置研究

李海燕 高玉慧 羅春雨 曲藝 張弘強 崔玲 曾星雨

摘要 按照喬-灌-草、喬-灌、喬-草、灌-草、喬木、灌木和草本不同配置結構，對哈爾濱市主城區113塊樣地固碳效應進行研究，通過植物實際監測，計算了哈爾濱市20 種常用綠化植物的固碳效應，并對不同配置結構綠地固碳效應進行比較。結果表明：喬木中糖槭、榆樹、銀中楊、垂榆，灌木中接骨木、黃刺梅都是固碳能力較強的園林綠化樹種，在園林綠化中可優先考慮。不同配置結構的綠地單位面積固碳量從高到低依次為喬-灌-草、喬-灌、喬-草、喬木、灌-草、灌木、草本，其中，喬-灌-草的配置能夠充分利用地上、地下空間，最大限度發揮其固碳效應，可以充分發揮單位綠地面積的固碳潛力。

關鍵詞 綠地；固碳效應；優化配置；綠化植物

中圖分類號 S731.2文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2018）01-0074-04

Abstract According to the different configuration structure of arbor-shrub-grass， arbor-shrub， arbor-grass， shrub-grass， arbor， shrub， grass， the study of the carbon sequestration effect in Harbin City 113 plots， through actual plant monitoring， carbon sequestration effect of 20 kinds of greening plants in Harbin city were calculated and compared for the different structure of green space effect of carbon sequestration.

The results showed that some planting trees such as Acer negundo Linn.， Ulmus pumila Linn.， Populus ablba ‘Berolinensis and Ulmus pumila L. ‘Tenue and some planting shrub like Sambucus williamsii Hance， Rose acicularis Lindl. werespecies with strong carbon sequestration capacity， which can be give priority to landscaping. The carbon sequestration capacity per unit area of green space of different configuration from high to low showed arbor-shrub-grass， arbor-shrub， arbor-grass， shrub-grass， arbor， shrub， grass. Rational configuration of arbor-shrub-grass can be used to take full advantage of over-ground and under-ground space and to promote the carbon sequestration potential per unit area of green space.

Key words Green space；Carbon storage；Optimal allocation；Green plant

近年來，全球氣候變化及其產生的危害嚴重影響了經濟社會的可持續發展，因此減少以二氧化碳為主的溫室氣體排放刻不容緩。森林碳匯是目前國際社會公認的應對氣候變化最經濟、最有效的途徑，而城市綠地作為城市景觀要素中的綠色斑塊體，研究其固碳效應就顯得尤為重要。城市綠地的固碳效應，其本質是以喬、灌、草等不同配置結構綠地，通過利用植物光合作用吸收二氧化碳，改善城市生態環境。目前對綠地生態系統的研究主要涉及凈化空氣、固碳釋氧、減輕城市溫室效應、改善小氣候及隔音減噪等方面[1-13]。筆者以哈爾濱市主城區113塊綠地和20種常見植物為研究對象，利用光合速率法進行光合測定，估算其固碳量，篩選出固碳能力強的植物和固碳效應高的綠地配置，旨在為城市綠地高固碳植物群落優化配置及城市綠地建設提供科學依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗樣地

以哈爾濱市道里區、道外區、南崗區、香坊區、松北區、平房區為研究區域，該研究區域涵蓋哈爾濱市主城區的綠地植物群落。選取喬-灌-草、喬-灌、喬-草、灌-草、喬木、灌木、草本7種不同配置結構綠地，共113塊作為試驗樣地（圖1）。每塊樣地面積25 m2，對每個樣地的喬木層進行每木調查，記錄綠地中植物種、數量、冠幅、胸徑、高度；灌木層記錄每個植物種、高度、數量、冠幅；草本層記錄植物種和面積。

1.2 試驗植物

在樣地選取的基礎上，確定其中所包含的綠化植物為試驗研究對象。其中共有喬木11種，分別是水曲柳（ Fraximus mandshurica Rupr.）、銀中楊（ Populus ablba ‘Berolinensis）、榆樹（ Ulmus pumila Linn.）、糖槭（ Acer negundo Linn.）、旱柳（ Salix matsudana Koidz.）、白樺（ Betula platyphylla Suk.）、山里紅（ Crataegus pinnatifida Bge.）、野梨（ Pyrus ussuriensis Maxim.）、山桃稠李（ Prunus maackii Rupr.）、山杏（ Prunus sibirica Linn.）、垂榆（ Ulmus pumila L.‘Tenue）；灌木8 種，分別為紫丁香（ Syringa oblate Lindl.）、榆葉梅（ Prunus triloba Lindl.）、紫穗槐（ Amorpha fruticosa Linn.）、接骨木（ Sambucus williamsii Hance）、紅瑞木（ Cornus alba Linn.）、黃刺玫（ Rose acicularis Lindl.）、金銀忍冬[ Lonicera maackii（Rupr.）Macim]、金山繡線菊（ Spiraea × bumalda cv. Goldenmound）；草本1種，為早熟禾（ Poa annua L.）。

1.3 研究方法

1.3.1 植物指標測定方法。

1.3.1.1 葉面積指數的測定。

葉面積指數（leaf area index，LAI）是一塊地上植株葉片的總面積與占地面積的比值[14]。采用LAI-2000型樹冠儀測定20種綠化植物的平均葉面積指數。

1.3.1.2 葉片光合作用的測定。

采用LI-6400 便攜式光合儀作為試驗儀器，在5—9月每月的15日左右，選擇晴朗、無風的天氣，在自然光照條件下，7：00—17：00，每隔2 h測量1次。每次每樹選取4～6個大小相似的、生長良好、生長在陽面的葉片，重復測定3～5次，取最接近均值的測試數據作為測量葉片的光合速率。

根據光合作用原理[15]，利用植物在測定當日的凈同化量來估算植物的固碳量。各種植物在測定當日的凈同化量計算公式：

P=ji=0[（Pi+1+Pi）+2（ti+1-ti）×3 600÷1 000]

式中，P 為單位葉面積的同化量[mmol/（m2·d）]； Pi 為初始時刻瞬時凈光合速率[μmol/（m2·s）]； Pi+1 為下一時刻凈光合速率[μmol/（m2·s）]； ti 為初始時間（h）； ti+1 為下一時間（h）； j 為測試次數；3 600指3 600 s/h；1 000指1 000 μmol。由此得到5—9月平均日凈同化量（ P ）（表1）。

1.3.2 植物固碳量計算方法。

1.3.2.1 單位葉面積日固碳量。

根據光合作用的綜合反應方程式，將每種植物日同化量轉換成日固碳量： W CO2= P ×44/1 000，式中， W CO2為葉片單位面積的日固碳量[g/（m2·d）]；44為CO2的摩爾質量。

1.3.2.2 單位冠幅面積日固碳量。

植物單位冠幅面積的固碳量是葉面積指數和單位葉面積固碳量的綜合反映，是評價單株植物固碳量的客觀指標，公式為 C CO2=LAI× W CO2，式中， C CO2為單位冠幅面積的日固碳量（g/m2）。

1.3.2.3 單株植物固碳量研究方法。

根據單位冠幅面積的固碳量和植物冠幅面積可得到單株植物固碳量，植物冠幅面積，可用皮尺分別測量植物東西冠幅和南北冠幅，并利用橢圓面積公式估算求得，公式為 P CO2= S p× C ca， S p=（ π×a×b ）/4，式中， P CO2為單株植物的固碳量（g/株）； S p為植物冠幅面積（m2）； a 為東西冠幅（m）， b 為南北冠幅（m）。

1.3.2.4 綠地固碳量。

根據綠地上種植的樹種種類和數量，計算綠地植物的固碳總量，公式為 Gs=ji-1P CO 2i×ni+C CO 2×S g ，式中，C s為某塊綠地全部植物固碳量總和（g）； P CO2 i 為第 i 種喬木或灌木單株植物固碳量（g/株）； C CO2為草本植物的單位冠幅面積固碳量（g/m2）； S g為草本植物的面積（m2）。

2 結果與分析

2.1 綠地植物固碳效應

結合表1中的結果，采用統計軟件 SPSS 13.0，對20 種植物單位葉面日固碳量（ W CO2）、單位冠幅面積日固碳量（ C CO2）進行聚類分析，結果見表2。

2.1.1 植物單位葉面積固碳量比較。由表2可知，20種供試植物單位葉面積日固碳量有差異。其中，榆樹固碳量最高，為16.69 g/（m2·d）；早熟禾固碳量最低，僅3.37 g/（m2·d）。由聚類分析結果可知，單位葉面積日固碳量在14.56～16.69 g/（m2·d）為一類植物，9.35～12.98 g/（m2·d）為二類植物，3.37～8.05 g/（m2·d）為三類植物。喬木糖槭、榆樹、銀中楊、垂榆，灌木接骨木單位葉面積日固碳量較高，均屬一類植物。

從植物分類來看（圖2），喬木單位葉面積固碳量水平最高，而草本最低。對于各類型中植物個體，單位葉面積日固碳量差異較大，一些灌木植物的單位葉面積日固碳大于部分喬木植物，如黃刺玫為15.32 g/（m2·d），而山里紅為4.98 g/（m2·d），因此不能直接根據植物類型評判單位葉面積日固碳量的大小，而應由具體植物而定。

2.1.2 植物單位冠幅固碳量比較。由表2可知，20種供試植物單位冠幅面積日固碳量有差異。其中，糖槭的單位冠幅面積日固碳量最高，為112.44 g/（m2·d）；草本植物早熟禾最低，僅5.49 g/（m2·d）。由聚類分析結果可知，單位冠幅面積日固碳量在54.76～112.44 g/（m2·d）為一類植物，在31.49～48.10 g/（m2·d）為二類植物，5.49～26.69 g/（m2·d）為三類植物。喬木中糖槭、榆樹、銀中楊、垂榆，灌木接骨木單位冠幅面積日固碳量最高，為一類樹種。

從圖3可以直觀地看出，各類型植物的單位冠幅面積日固碳量從大到小依次為喬木、灌木、草本，可知單株喬木的固碳能力總體優于單株灌木和草本。

2.2 不同配置結構綠地固碳效應比較

對113塊試驗樣地的每塊樣地中植物總固碳量進行計算，對喬-灌-草、喬-灌、喬-草、灌-草、喬木、灌木、草本7種不同配置結構綠地的日固碳量分別求平均值并進行比較，結果見圖4。

從圖4可以看出，各種綠地均具有一定的固碳效應，但不同的配置結構所產生的單位綠地面積固碳效應差異很大，從大到小依次為喬-灌-草、喬-灌、喬-草、喬木、灌-草、灌木、草本，由此可知，喬-灌-草結構的固碳效應最強，草本最弱。

3 結論

（1）該研究結果表明，20種供試植物單位葉面積日固碳量最高的是榆樹，單位冠幅面積日固碳量最高的是糖槭，采用聚類分析法將其分為 3類，結果表明喬木中糖槭、榆樹、銀中楊、垂榆，灌木中接骨木、黃刺梅都是固碳能力較高的園林綠化植物，在園林綠化中可優先種植。