槭树科彩叶树种光合特性及固碳释氧功能研究

钱芸芝(上海新园林实业有限公司，上海201103)

绿色植物作为生态系统的初级生产者，通过光合作用固碳放氧，吸收空气中的CO2，在一定程度上减弱温室效应［1］。槭树科植物多为彩叶树种，是具有绚丽色彩的特殊园林绿化树木，在绿地种植规划中具有重要的应用价值［2］。在植物配置应用中，利用彩叶树种可以丰富绿地景观，同时筛选出固碳释氧能力强的树种，也能提升绿地生态效益。该试验选择三角槭(Acer buergerianum)、樟叶槭(Acer cinnamomifolium)、鸡爪槭(Acer palmatum)、红枫(Acer palmatum ＇Atropurpureum＇)和元宝枫(Acer truncatum)5种槭树科主要绿化树种作为研究对象，通过不同树种光合速率的测定，探讨单位叶面积和植株单株固碳释氧效益，为绿地种植规划、彩叶树种选择及资源合理配置提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况与材料 上海属北亚热带东部季风性气候，四季分明，日照充分，雨量充沛。气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长。上海植物园地处徐汇区南部，占地面积81.86 hm2。测试所用植物材料为上海植物园内生长良好的30年槭树科植株，包括三角槭、樟叶槭、鸡爪槭、红枫、元宝枫5个树种。

1.2 测定方法

1.2.1 植株单位叶面积固碳释氧量的测定。使用LI－6400便携式光合测量仪，于2012年7月对植物的光合特征进行测定。选取枝条顶端第1片完全展开且无虫害病害的成熟叶片，每株测定3～5片。测定时段分别为8:00、10:00、12:00、14:00 和16:00。

由实测的光合速率，求得植物单位叶面积每天的固碳放氧量，通常用下式计算，即:

式中，WCO2——单位叶面积 CO2的日固定量［g/(m2·d)］;WO2——单位叶面积 O2的日固定量［g/(m2·d)］;Pi——实测的瞬时光合速率［μmol/(m2·s)］;n——实测光合速率的时段数，为5;δ——取0.8，植物晚上的暗呼吸消耗量按白天同化量的20%计算;44/1 000和32/1 000——CO2和O2的克分子量;10——白昼光合时间按10 h计。

则

1.2.2 单株植物固碳释氧量测定。利用LAI－2000冠层分析仪对单株园林树木进行三维绿量、叶密度、孔隙度、投影面积、孔隙度等方面计算和分析。树高、冠幅、基径/胸径等植物形态特征数据使用皮尺和激光测距仪结合测试获取。

按单株树木的叶面积数S(m2)与单位叶面积固碳量WCO2，得出整株树木的日固碳放氧量Ws，即WS=S×WCO2

2 结果与分析

2.1 5种植物日平均光合速率比较 净光合速率是指以单位时间、单位光合机构(干质量、面积或叶绿素)固定的CO2、释放的O2或积累的干物质的数量，它是一个重要的光合效率指标。净光合速率越高，表明植物叶片的结构和功能状况越好［3－4］。从图1可以看出，5种槭树科主要树种中红枫与三角槭日平均光合速率较高，分别为 6.03和 5.60 μmol/(m2·s)，其次为鸡爪槭和樟叶槭，元宝枫单位面积光合能力最低，仅为1.85 μmol/(m2·s)。

图1 5种树种日平均净光合速率

2.2 5种植物单位叶面积固碳释氧比较 园林植物通过光合作用吸收CO2、释放O2，从而保持大气中的碳氧平衡，这对改善城市空气质量、实现城市生态系统良性循环具有重要意义［5］。

通过不同植物净光合速率变化数据，换算出单位叶面积5种植物在日间固碳释氧量(表1)。按照植物每天每平方米叶片固定CO2的量把植物的光合能力分为5级［6］:强，≥12 g/(m2·d);较强，10 ～12 g/(m2·d);中等，6 ～10 g/(m2·d);较弱，4～6 g/(m2·d);弱，＜4 g/(m2·d)。根据以上标准，三角槭、鸡爪槭和红枫单位叶面积日固碳能力属中等，樟叶槭和元宝枫则属较弱和弱的类别。

表1 槭树科主要树种单位叶面积日固碳释氧效益比较

2.3 单株植株固碳释氧量分析 光合速率大小和单位面积固碳释氧量反映了植物通过叶片光合作用固碳释氧能力的强弱，而它们的整株固碳释氧量则体现了植物个体在固碳释氧方面的综合水平。

由表2所示，在调查相同树龄不同树种生长指标的基础上，利用冠层分析仪计算植株单株树总叶面积，从而得出单株日固碳释氧能力。5种槭树科植物中，樟叶槭由于叶量大，单株固碳释氧能力最强，分别为209.71 g/d和152.63 g/d，鸡爪槭虽然单位叶面积固碳释氧量较高，但单株仅为小乔木，冠幅和叶面积均较小，植物个体固碳释氧总量不占优势，其固碳释氧量仅为42.51 g/d和30.92 g/d，与元宝枫相近，2种树种单株固碳释氧能力较低。因此，槭树科5种树种固碳释氧能力从大到小依次为樟叶槭、三角槭、红枫、鸡爪槭、元宝枫。

表2 单株植物日固碳释氧量

3 结论

(1)吸碳释氧是植物的一个重要生态功能，试验选择了5种槭树科彩叶树种，对其光合特性及固碳释氧能力进行了测试分析。研究表明，在单位叶面积固碳释氧能力中，三角槭、鸡爪槭和红枫固碳释氧量较高，属中等固碳释氧能力;樟叶槭和元宝枫分属较弱和弱的等级。而单株固碳释氧能力的比较中，由于受单株叶面积总量的影响，其能力大小依次为樟叶槭、三角槭、红枫、鸡爪槭、元宝枫。

(2)单位叶面积日固碳释氧量主要取决于植物的日净光合速率，而单株树木的日固碳释氧量则由叶面积数和单位叶面积固碳释氧量决定。整体植物群落固碳释氧能力的发挥除自身光合能力外，还与其中植物个体自身的叶面积、冠幅等因素相关，在群落配置时应着重考虑树种这两方面的特性，才能最大程度地发挥其生态效益。

［1］陈月华，廖建华，覃事妮.长沙地区19种园林植物光合特性及固碳释氧测定［J］.中南林业科技大学学报，2012，32(10):116 －120.

［2］刘嘉君，王志刚，阎爱华，等.12种彩叶树种光合特性及固碳释氧功能［J］.东北林业大学学报，2011，39(9):23 －30.

［3］许大全.光合速率、光合效率与作物产量［J］.生物学通报，1999，34(8):8－10.

［4］张治安，杨福，陈展宇.菰叶片净光合速率日变化及其与环境因子的相互关系［J］.中国农业科学，2006，29(3):502 －509.

［5］王蕾，王志，刘连友，等.城市园林植物生态功能及其评价与优化研究进展［J］.环境污染与防治，2006(1):51－54.

［6］王丽勉，胡永红，秦俊，等.上海地区151种绿化植物固碳释氧能力的研究［J］.华中农业大学学报，2007，26(3):399－401.