贛南地區公路固碳釋氧生態林帶探究與設計

鄧萬軍 吳建明 李軍 鮑凱

（1.江西省交通投資集團有限責任公司，江西 南昌 330200；2.北京城建道橋建設集團有限公司，北京 100022）

在新發展理念的引領下，高速公路綠化設計密切結合主體工程，秉承“人與自然和諧相處”的理念，最大程度地減少工程施工對環境的擾動，并且可以利用森林的儲碳功能，吸收和固定大氣中的CO2。

G45大廣高速公路南康至龍南段擴容工程（以下簡稱“大廣擴容南龍段”）沿線水熱條件優越，生態環境良好，自然植被以低山丘陵亞熱帶常綠闊葉林類型為主，鄉土樹種豐富。項目依托大廣擴容南龍段綠化工程，研究贛南地區公路固碳釋氧生態林帶的特點和設計原則，為相似工程的固碳釋氧林帶設計提供參考。

一、材料與方法

（一）區域概況

大廣擴容南龍段路線全長132.716 km，小江聯絡線路線長11.954km，起點位于南康十八塘鄉的結孜石下附近（25.92N，114.72E），終點位于渡江鎮杉樹下(24.85N，114.72E)。工程以低山丘陵和山地為主，盆地、谷地廣布，略帶鄱陽湖平原，地質地貌豐富典型，屬亞熱帶季風濕潤氣候，具有典型的亞熱帶森林植物群落。工程縱跨重要經濟腹地100多公里，既是我國東南地區公路的典型代表，又是緩解三益樞紐通行壓力的重要擴容工程。

（二）研究方法

1.植被呼吸與理化性質的測定

根據植物的固碳機理，可通過測定植物光合作用的日同化量，推算植物日固碳量和釋氧量。根據工程實踐和光合作用機理，使用光合作用測定儀測定植物的瞬時光合效率，計算樹種當日凈同化量。

在樹木光合作用日變化曲線中，橫軸為時間，縱軸為凈光合速率曲線，樹木的同化量可以通過積分算得，即橫軸與縱軸圍合的面積。因此，某樹種的當日凈同化量的計算公式（1）為：

公式（1）中，P為園林樹種的日同化總量（mmol·m-2·d-1）；Pi指初測點的瞬時光和速率，Pi+1為下一測點的瞬時光和速率（μmol·m-2·s-1）；同樣地，ti為初測點的瞬時時間，ti+1為下一測定點的時間，單位為小時；j為測試次數；3600為時間系數，即每小時為3600秒；1000是單位換算系數，即1mmol為1000μmol。

根據摩爾質量公式，通過上文得到的園林樹種日同化總量，測定其日固碳量和日釋氧量為公式（2）。

公式（2）中，44 和32 分別為CO2和O2的摩爾質量（g·mol-1），WCO2和WO2分別為每平方米地面面積上的葉片固定CO2和O2的質量（g·m-2·d-1）。

通過測定樹種光合效率來估算其固碳釋氧量的方法，更適用于每年6月至8月，因為6月至8月園林樹種的生長旺盛，估算出來的日固碳釋氧量一般為一年之中的峰值。

凈光合速率可用光合測定儀測定，選取每個月下旬的連續3個晴天進行測定。選取長勢良好、無病蟲害等常見的喬灌木綠化樹種作為試驗材料，采用Li-6400便攜式光合儀，每天從8時至18時，每隔2h對所選樹種的凈光合速率進行測定。根據各樹種的凈光合速率日變化曲線圖計算植物在測定當日的凈同化量，計算公式為公式（1）。

一般植物夜間的暗呼吸消耗量按照白天同化量的20%計算，因此單位葉面積凈日固碳量的計算公式如（3）。

公式（3）中為樹種日固碳量（g·m2·d）。根據光合作用的反應方程CO2+4H2O→CH2O+3H20+O2，可計算出該測定日植物釋放氧氣的量，公式如（4）。

公式（4）中Wo2為日釋氧量（g·m2·d）。

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。固碳釋氧能力最強的是雞蛋花，最弱的是中國無憂樹，結果如表1所示。

2.數據分析

采用SPSS統計分析軟件提供的系統聚類中的（或稱離差平方和法）Ward法，聚類分析各樹種的日凈固碳量。研究將樹種各自看成一類，選擇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。

如圖1所示，使用Ward法將15種樹種日凈固碳量進行聚類，可以分為三類：第一類(日凈固碳量高)如細葉欖仁、人面子、雞蛋花、美麗異木棉和花葉艷山姜，固碳量為17g/(m2·d)～21g/(m2·d) 釋氧量為12g/(m2·d)～17g/(m2·d)；第二類(日凈固碳量中等)如小葉榕、三角梅、大紅花、樟樹和荔枝，固碳量為12g/(m2·d)～15g/(m2·d)，釋氧量為9g/(m2·d)～11g/(m2·d)；第三類(日凈固碳量低)如散尾葵、龍船花、九里香、臘腸樹和鵝掌柴，固碳量為6g/(m2·d)～11 g/(m2·d)，釋氧量為4g/(m2·d)～8g/(m2·d)。從固碳釋氧力的角度出發，在綠化樹種的選擇上建議多選擇第一類、第二類樹種，第三類可不選或少選。

圖1 日凈固碳量聚類

表1 贛南地區高速公路常用綠化樹種固碳釋氧能力匯總表

二、成果

（一）樹種選擇

綜上，在所比較的綠化植物中，固碳釋氧量變化主要是植物物種的綠量差異造成的。由此可知，植物固碳釋氧能力與本身物種結構有關，與植物綠量也密切相關。闊葉喬木的單株葉面積大，因此在綠化公路及服務區時，多用闊葉喬木樹種，搭配灌木樹種，會有較強的固碳釋氧功效。

植被固碳釋氧能力與單株植物的葉面積有較大關系。因此，選擇在高速公路上移栽有較大單株葉面積的樹種，能夠最大程度地發揮綠色植被在高速公路中的固碳釋氧作用。高速公路建設中，將一些大樹移栽于城市綠化工程需要的位置，既美化了環境，又保護了天然資源。大樹孤植既可獨木成景形成別具特色的園林景觀，又可起到蔭庇之用。

表2 生態環保與景觀一體化綠化植物組合模式

表3 林帶固碳釋氧效益預測

（二）贛南地區公路固碳釋氧林帶配置

根據上述結論及路域景觀美化的需要，對高速公路功能空間分類，根據各個功能空間的功能特點和綠化要求，提出基于固碳釋氧需求的主要綠化植物組合模式，如表2所示。

固碳釋氧效益隨時間增速，如表3所示，隨著時間推移，固碳釋氧生態林帶將表現出很好的生態環境效益。

三、結語

綜合分析和討論，大廣擴容南龍段固碳釋氧生態林帶綠化植物組合模式應遵循多項原則，即“突出功能性，體現交通服務理念”，高速公路包括服務區內植物綠化除了具有防止水土流失、抗污染、凈化尾氣、降低地表溫度等作用外，還具有劃分、隔離、圍合、連接場地空間和美化、遮蔽、觀光等作用，植物綠化過程中應結合功能性需要篩選并進行植物配置，體現交通服務的功能理念。

“追求生態性，體現可持續發展理念”，減少盲目的人工環境改造，降低工程造價，在綠化植物篩選時應充分將綠化用地的立地、環境條件考慮其中，可結合當地環境選擇植物，減少各類病害的發生，方便日常綠化養護。

“體現地域性，體現景觀融合理念”，強調公路生態景觀的個性化，營造富有地域特色的公路生態景觀，避免千篇一律。打造美麗公路，合理布置綠化層次，確保大廣高速“三季有花，四季常青”，使觀賞、功能、經濟三者有機結合起來。