黑龍江森林植物園藥用植物生態效益評價

王 巍

（東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040）

藥用植物是園林植物應用類別中的特殊類型，通常兼具生態、觀賞及改善環境質量提高人居健康的功效。本研究以黑龍江省森林植物藥用植物園為研究樣地，對城市綠地中藥用植物群中的二氧化碳濃度、群落負氧離子、群落菌落指標進行測定，對綠地藥用植物群落的生態效益進行定量研究。以期進一步了解藥用植物生態效益尺度，旨在為藥用植物在城市綠地中的應用提供依據。

1 試驗設計與方法

1.1 樣地選擇

2021年6月下旬在黑龍江省森林植物藥用園綠地開展試驗，從邊界往中心隨機選擇樣地，每個樣地的尺度設定為10 m×10 m，共8個樣本對藥用植物園進行群落調查。選取森林植物園4種典型植物群落進行生態效益因子的觀測（表1），分別為落葉松林群落、白樺林群落、丁香群落、草地群落。每個樣地內隨機設置3個樣地，共12個樣點。為降低天氣變化的影響與干擾，測定時間天氣均選為晴朗、無風或微風天氣狀態，對各樣地進行原位測定。

表1 藥用植物群落類型分析

1.2 采集與分析方法

1.2.1 CO2濃度測定

CO2測定采用非色散紅外（NDIR）氣體分析儀（LI-840A CO2/H2O，美國）。觀測時間為2021年6月19日至10月27日8:00～18:00，氣體收集裝置放置在離地1.5 m的位置，每隔2 h進行一次數據采集，記錄儀器穩定后3 min內的全部數據，數據間隔時間為10s。在整個觀測期，選擇與第1次測時類似的天氣狀況（主要考慮日照與風速）進行，在同一月份內連續或間隔重復觀測2次，每月進行3次測定。通過對判定采集氣體濃度與采樣時間相關系數（R2>0.95）值來確定數據的有效性[1]。

1.2.2 負氧離子濃度測定

采用空氣正負離子濃度測定儀(DLY SG,美國)測定負氧離子濃度。按照儀器操作規程，儀器需處于距地面約120 cm的水平面，待儀器讀數穩定后,讀取3個峰值數據,由于負氧離子具有不穩定性，在測量過程中需要同步測定記錄樣點4個方向的數據，觀測時間通常為8:00～18:00,每隔2 h觀測記錄1次[44]。

1.2.3 微生物測定

采用固體撞擊式多功能空氣微生物檢測儀（JWL-II B型,中國）采集真菌與細菌。儀器使用需要放置在距地面1.5 m的高度進行采樣收集,每隔2 h取樣3次。儀器操作需要按照規程進行空氣流量矯正,流速控制按儀器要求設置。真菌細菌取樣分別采用沙氏培養基和牛肉膏蛋白胨培養基，菌類培養過程執行相關實驗規程，培養48 h后利用顯微鏡觀測，通過空氣微生物濃度公式進行計算[2]：

式中，E(CPU·m-3)單位體積內空氣細菌量含量；N(CPU)培養皿中菌落平均個數；A表示單位時間空氣流速(L·min)；T表示采樣時間(min)

1.3 數據處理

利用SPSS22及Excel2021，對所采集的二氧化碳、負氧離子、數據予以分析處理。各數據組間配對比較、差異判斷采用T檢驗完（LSD），顯著性水平取默認值0.05。

2 生態效益分析

2.1 公園CO2效益研究

2.1.1 CO2濃度日變化特征

圖1反映的是藥用植物園不同類型藥用植物群落6～10月CO2濃度日變化。4類藥用植物群落CO2濃度日變化呈現波動趨勢；上午8:00，以喬木為主的藥用植物群落CO2濃度低，地被類藥用植物群落CO2濃度相對較高；傍晚18:00時CO2濃度變化趨勢與上午8:00時的情況相反，即以喬木為主的藥用群落CO2濃度最高，其他較低；上午8:00～12:00,4個類型群落CO2濃度呈線性下降的變化趨勢，12:00到達波度波谷后隨時間推移逐漸上升，在18:00時濃度到達第二波峰，上午8時落葉松藥用群落CO2濃度最高，其余藥用植物群落CO2均低于8:00時觀測結果。對不同類型CO2日變化幅度分析發現，結構復雜的群落濃度變化顯著，反之濃度變化幅度較小。其中，落葉松群落CO2濃度在4 h內從361.32 μmol/mol降至315.71 μmol/mol，是所有類型群落中下降幅度最大的。該群落12:00～4:00，CO2濃度變化速率維持在9.78 μmol/mol·h，隨后濃度增幅快速提升，18:00到達峰值386.13 μmol/mol，4 h內CO2平均變化速率為24.93 μmol/mol·h。皂莢、暴馬丁香、八寶景天群落樣地CO2濃度日變化趨勢類似，濃度值變化幅度小，僅在0.5～1.3μmol/mol范圍內。不同群落之間間CO2濃度日變化呈現暴馬丁香、八寶景天次之，皂莢群落最低。

圖1 藥用植物園不同群落類型CO2濃度的日變化

2.1.2 CO2濃度季節變化特征

落葉松群落CO2濃度呈現秋季>春季>夏季的季節性二變化趨勢（圖2a）。其平均濃度值(343.91±21.76)μmol/mol，變化幅度介于(313.89±34.18)～(379.91±50.03)μmol/mol。從春季開始，落葉松群落CO2濃度緩慢下降，最低點出現在7月中旬，濃度值為(313.97±9.01)μmol/mol，隨后逐漸上升，在10月末達到(428.69±41.87)μmol/mol的峰值。落葉松群落CO2濃度呈現出隨季節先降低后升高的季節分布格局。

落葉松群落春夏秋三季平均CO2濃度分別為(339.98±24.11)、(326.01±25.66)、(422.03±16.98)μmol/mol，表現為春夏季濃度總體低于秋季，夏季CO2濃度最低，秋季群落中CO2濃度是夏季的1.27倍（P<0.05）。

皂莢群落CO2濃度變化曲線呈現不規律的季節性波動（圖2b），秋季>春季>夏季的季節變化動態，CO2季節平均濃度為（350.06±29.91）μmol/mol；進一步分析發現，春夏秋三季CO2濃度變化趨勢存在異同，春夏季濃度變化趨勢相似，濃度變化的幅度小，春夏之間呈現平穩下降的動態，7月末到達波谷，最小濃度值為（349.02±16.99）μmol/mol，隨后波動上升，最大濃度峰值出現在10月（404.91±8.01)μmol/mol。春夏秋三季CO2平均濃度依次為（3534.11±37.79）、（329.88±19.61）、（364.91±34.07）μmol/mol，夏季平均濃度較秋季下降7.72%（P<0.05）。

圖2 不同群落CO2濃度季節變化曲線

暴馬丁香群落春夏秋三季CO2濃度變化曲線（圖2c）呈現秋季>春季>夏季的季節動態格局。春秋濃度的峰值接近，夏季濃度最低，但其季節內總體變化幅度不大，維持在40μmol/mol區間，春季與秋季CO2濃度為（360.17±24.93）、（376.92±15.05）μmol/mol，是夏季的1.13倍。

八寶景天群落季節CO2濃度曲線（圖2d）呈現波動上升的季節動態。三季CO2濃度平均值分別是（359.73±22.39）μmol/mol。春季濃度最高為（380.00±21.18）μmol/mol，秋季次之（378.36±20.63）μmol/mol，夏季最低，較春季下降了15%（P<0.05）為（321.93±24.87）μmol/mol。

2.1.3 不同群落CO2季節性濃度與影響因子

暴馬丁香群落與八寶景天群落CO2濃度日變化與地表溫度、空氣溫度呈極顯著負相關（P<0.01），其他2個類型與4個因子的相關性不顯著（表2）。

表2 不同群落CO2濃度（日變化、季節變化）與溫濕壓的相關性

地表溫度、空氣溫度、大氣壓強對落葉松、皂莢、暴馬丁香三個群落CO2濃度季節變化具有顯著影響，其中溫度與濃度呈現極顯著負相關（P<0.01），大氣壓強則為極顯著正相關（P<0.01）。空氣濕地對4個類型群落CO2濃度季節性變化均無顯著相關影響。

2.1.4 同城區域CO2濃度與藥用植物比較

圖3反映的是藥物園內5、7、9月CO2平均濃度與市區CO2均值的對比。藥用園三個時間段的觀測結果分別為369.16、375.77、392.92μmol/mol，顯著低于市區對照觀測點數值（399.27μmol/mol）。

圖3 藥用植物園5，7，9月CO2平均濃度與市區對照

經方差檢驗，三個觀測月CO2平均濃度差異顯著（表3），表明藥用植物對降低CO2濃度，改善生態效益有明顯的作用。

表3 藥用植物園與市區空氣中CO2濃度方差分析

2.2 公園負氧離子效益研究

2.2.1 公園綠地負氧離子標準

參照空氣負離子計算方法與現行的空氣質量評定標準，對藥用植物園不同植物群落負氧離子進行觀測評定。計算公式如下：

式中，n為正負離子濃度；q為負離子系數；CI為安評價指數。我國學者鐘林生、石強分別提出空氣質量評價系數和森林空氣離子評價指數[3-5]（FCI）。

表4 空氣清潔度評價標準

2.2.2 公園綠地負氧離子分析

由表5可知，落葉松群落樣地負氧離子濃度最大，皂莢次之，暴馬丁香最低。負氧離子高的群落樣地，空氣清潔等級均達優質。進一步對樣地的郁閉度、空氣溫度、相對濕度進行相關性分析（表6）發現，負氧離子濃度與郁閉度及相對濕度有較強的聯系，呈現顯著或極顯著相關性（P<0.05），與空氣溫度無顯著相關性。群落的結構與負氧離子呈極顯著正相關（P<0.01），以喬灌草為主體的落葉松群落、皂莢群落負氧離子個數到達2650、2630個，空氣質量達到優（表7）。

表5 不同樣地環境因子與負氧離子濃度

表6 負氧離子濃度與環境因子的相關關系

表7 群落結構與空氣負氧離子濃度

2.3 公園綠地空氣微生物效益研究

空氣中微生物數量能反映出植物群落生態效益的強弱，還能進一步反映出群落空間空氣的潔凈度、衛生健康。空氣中常見的微生物主要包括細菌和真菌，因此通過測定藥用植物園不同群落環境中的微生物含量，對評估藥用植物群落生態效益也具有非常重要的意義。通過觀測可以有效評估植物類型或群落對空氣質量的影響，本次研究采用的評價標準及方法參見謝淑敏和余叔文的研究成果及相關標準規范（表8、表9）。

表8 空氣微生物評價標準103 CFU/m3

表9 空氣微生物環境質量分級標準[81]CFU/m3

綜上已有的評價指標及標準，同時結合世界衛生組織關于安全環境細菌含量的規定，提出了綠地游憩適宜性空氣質量評價標準（表10）。

表10 綠地空氣微生物含量游憩適宜性評價標準

2.3.1 真菌與細菌的日變化

藥用植物園真菌濃度日變化呈現明顯的波動變化特征（圖4）。真菌濃度從上午08:00開始逐漸降低，于14點左右達到最低值，然后隨時間推移濃度逐漸升高。觀測點真菌日平均濃度為177.05CPU/m3。

圖4 藥用植物園空氣真菌平均濃度

藥用植物園空氣細菌日平均濃度的變化呈現明顯的單峰曲線形態（圖5）。與對比樣點比較，兩者的平均濃度分別為95.8 CPU/m3和105.9CPU/m3，差值為10.1 CPU/m3。

圖5 藥用植物園綠地樣點生長季空氣細菌濃度

2.3.2 真菌與細菌的季節變化特征

藥用植物園不同群落真菌濃度的變化有顯著季節特征（表11）。春夏秋皂莢群落真菌濃度最低（33CPU/m3），春季最高的是暴馬丁香群落（82CPU/m3），夏秋季最高的是落葉松群落（367、209 CPU/m3），進一步分析發現，真菌濃度與季節變化不存在顯著相關關系（表12）。

表11 不同季節藥用植物園空氣真菌濃度CPU/m3

表12 不同季節藥用植物園空氣真菌濃度顯著性分析

由表13可知，春季各群落空氣中細菌濃度都是處于觀測季中的最低水平，其中，皂莢群落為4個群落中最低的，其細菌平均濃度值為105CPU/m3，春夏秋細菌濃度最低的群落分別是皂莢、落葉松，但細菌濃度的變化與季節無顯著差異（p>0.05）。

表13 藥用植物園空氣細菌濃度季節變化CPU/m3

將觀測結果與空氣質量標準對比換算得出四種群落空氣內真菌、細菌濃度都對應到達安全級別，對改善空氣質量具有較好的作用（表14）。

表14 不同季節藥用植物園空氣細菌濃度顯著性分析

3 結論

藥用植物園4種群落CO2濃度的日變化、季節動態分布具有時空差異，夏季各群落濃度最低，秋季通常最高；群落結構多樣豐富的CO2濃度通常比簡單結構的群落明顯降低。影響植物群落CO2濃度的主要因子為溫度，與相對濕度的相關性不顯著。藥用植物園平均濃度低于市區觀測點，具有較好的降低空氣健CO2濃度的生態效益。影響負氧離子的因子為郁閉度。藥用植物園空氣中真菌、細菌的濃度也具有一定的時空動態變化特征，經過測定換算，藥用植物群落具有很好的改善空氣質量的作用，有益于植物群落發揮更好的生態效益。