18种常见灌木绿化树种光合特性及固碳释氧能力分析

林欣 林晨菲 刘素青 李林锋

摘 要 采用Li-6400便携式光合仪对广州市区18种常见园林绿化灌木树种的净光合速率日变化进行测定，估测其日净固碳释氧量；以日净固碳量为指标，运用离差平方和对不同灌木树种的固碳释氧能力进行聚类分析。结果表明：不同树种的光合特性有差异，光合速率日变化曲线呈单峰型和双峰型2种类型。大多数植物净光合速率的日最高值出现在上午10：00～12：00，少数植物出现在下午14：00～16：00。不同树种固碳释氧能力也有所差异，其中固碳释氧能力最强的4种灌木分别为马缨丹、假连翘、黄叶榕和红桑，最弱的为棕竹。依据日净固碳量将灌木树种聚为3类，日净固碳量高的如马缨丹、假连翘、黄叶榕、红桑[固碳量为7～10 g/（m2·d），释氧量为5～7 g/（m2·d）]，日净固碳量中等的如叶子花、朱槿、九里香、米仔兰、鹅掌藤、含笑花、狗牙花[（固碳量为5～7 g/（m2·d），释氧量为3～5 g/（m2·d）]，日净固碳量低的如朱蕉、变叶木、红背桂花、茉莉花、江边针葵、基及树、棕竹[（固碳量为2～5 g/（m2·d），释氧量为1～3 g/（m2·d）]。本研究将为碳汇林业指导下的园林绿化树种选择提供一定的参考价值。

关键词 绿化树种 ；净光合速率 ；固碳释氧量 ；聚类分析

分类号 S688

随着城市化的发展，大气污染越来越严重，空气中的二氧化碳浓度不断上升，全球温室效应也日益加剧，寻找可减少二氧化碳排放量的有效途径及能够减缓温室效应的有效可行方法是当代人类刻不容缓的任务。树木的生长是碳素化合物的积累过程，而这些碳素化合物最终来自由光合作用所固定的CO2[1]。绿色植物在进行光合作用的过程中需要将二氧化碳作为原料，通过光合作用生成碳水化合物并释放出氧气。通过森林固碳来减少大气中的二氧化碳浓度已经成为国际公认的缓解气候变暖的有效途径[2]。不同的树种因其生理特性的不同，固碳释氧能力也不同[3]。因此，研究植物的固碳释氧能力，可为城市绿化树种的筛选和配置及选择固碳释氧能力强的植物进行大规模种植提供科学依据，这对提高城市绿化质量、实现经济效益和生态效益最大化都具有重要意义。

关于植物固碳释氧的研究始于20世纪60～70年代，近十几年才被人们所重视。中国对植物固碳释氧的研究起步较晚，自20世纪90年代后，有关园林植物固碳释氧的研究才有了进展，并逐渐取得一些研究成果[4]。20世纪70年代以来，关于绿化植物的生态效益研究得到了广泛的发展，研究内容涉及降温增湿、吸收CO2及有害气体、释放O2、抗污、滞尘、杀菌和减低环境噪音等[5]，有关森林整体的固碳效应研究也呈现许多成果[6-7]，被用于研究单种植物固碳释氧力的多数是北部和东部地区植物[8-10]，关于广东地区植物固碳释氧力的研究还不多见。不同地区之间的植物种类有很大的差别，有些植物地区性较明显，同种植物在不同地区往往表现出不同的生理生态特性。在实际运用上不能照搬以其他地区本地物种为研究材料的结果，因此，要指导生产发展必须从实际出发，研究当地植物的特性。为了提高广州市城市绿化质量，本研究拟对广州市常见灌木绿化树种的净光合速率进行测定，并对各树种的光合速率日变化、日净光合同化量、固碳释氧量进行比较分析，探讨相关树种固碳释氧能力，为城市绿化树种的选择和配置提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2013年7～8月份在广州市区进行，选取长势良好、无病虫害的马缨丹（Lantana camara L.）、假连翘（Duranta repens L.）、黄叶榕（Ficusmicrocarpa cv. Golden Leaves） 、红桑（Acalypha wilkesiana Muell.-Arg.）、叶子花（Bougainvillea spectabilis Willd.）、朱槿（Hibiscus rosa-sinensis L.）、九里香（Murraya exotica L.）、米仔兰（Aglaia odorata Lour.）、鹅掌藤（Schefflera arboricola H.）、含笑花[（Michelia figo（Lour.） Spreng.）]、狗牙花[（Ervatamia divaricata（L.）] Burk. cv. Gouyahua）、朱蕉[（Cordyline fruticosa（L.）A. Cheval.）]、变叶木[（Codiaeum variegatum（L.）A. Juss.]、红背桂花（Excoecaria cochinchinensis Lour.）、茉莉花[（Jasminum sambac（L.）Ait.）]、江边针葵（Phoenix roebelenii O. Brien）、基及树[（Carmona microphylla（Lam.）G. Don）]和棕竹[（Rhapis excelsa（Thunb.）Henry ex Rehd.）]等常见的灌木绿化树种作为试验材料。

1.2 方法

采用美国Li-Cor公司制造的Li-6400便携式光合仪，每天从8：00～18：00每隔2 h对所选树种的净光合速率进行测定。每树种选 3株，每株选3片中部外围功能叶进行测定，取3次测定的平均值。根据各树种的净光合速率日变化曲线图，使用简单积分法计算各种植物在测定当日的净同化量[11]，计算公式如下。

2 结果与分析

2.1 灌木树种净光合速率日变化

各灌木树种的净光合速率日变化曲线见图1。由图1可以看出，在1 d之中，各灌木树种的净光合速率日变化表现不同，有的为单峰曲线，即光合速率随光照强度的增强而增大，随光照强度的减弱而减小，如狗牙花、基及树、变叶木、红桑、叶子花、九里香、江边针葵、马缨丹、鹅掌藤、棕竹、朱蕉和黄叶榕，但其峰值出现的时刻有所差异，大部分树种的峰值出现在中午12：00，少部分树种在14：00左右达到一天中的最高峰，此后净光合速率快速下降。有的表现为双峰曲线，即树种的净光合速率日变化曲线有2个峰值，第一个峰值出现在10：00～12：00之间，第二个峰值出现在16：00左右，此后净光合速率逐渐下降，如茉莉花、含笑花、米仔兰、红背桂花、朱槿和假连翘。这也即植物光合作用的“光合午休现象”，有的可能是气孔限制，有的可能是非气孔限制的原因，具体情况还有待于进一步研究。

2.2 固碳释氧量分析

植物的日净光合同化量是指植物白天光合作用产生的有机物与夜间呼吸作用消耗的有机物之差。日净光合同化量越大说明植物的生产能力越强，固定在体内的碳含量与释放到空气中的氧量也就越大[11-13]。各灌木树种固碳释氧量的值从大到小排列见表1。

从表1可知，所测灌木树种中光合同化能力最强的5个树种分别为马缨丹、假连翘、黄叶榕、红桑、叶子花，光合同化能力最弱的5个树种分别为红背桂花、茉莉花、江边针葵、基及树、棕竹。其中光合同化能力最强的马缨丹日净光合同化量是光合同化能力最弱的棕竹的4.23倍。

2.3 树种日净固碳量聚类分析

根据各树种日净固碳量的计算结

果，采用SPSS统计分析软件提供的系统聚类中的Ward法（或称离差平方和法）对各树种的日净固碳量进行聚类分析。Ward法的目的是将在一组中偏差（方差）增长尽可能最小的每一对象（组）合并起来，以此建立尽可能同种的类[14]。将树种各自看成一类，以各树种的日净固碳量作为衡量植物吸收CO2的特征向量，用Ward法对树种日净固碳量进行聚类，结果见图2。

由图2可以看出，使用Ward法将18个灌木类树种日净固碳量聚为3类：第1类（日净固碳量高）如马缨丹、假连翘、黄叶榕、红桑，固碳量为7～10 g/（m2·d），释氧量为5～7 g/（m2·d）；第2类（日净固碳量中等）如叶子花、朱槿、九里香、米仔兰、鹅掌藤、含笑花、狗牙花，固碳量为5～7 g/（m2·d），释氧量为3～5 g/（m2·d）；第3类（日净固碳量低）如朱蕉、变叶木、红背桂花、茉莉花、江边针葵、基及树、棕竹，固碳量为2～5 g/（m2·d），释氧量为1～3 g/（m2·d）。

因此，在城市绿化树种的选择上，从固碳释氧力的角度出发，建议多选择第1类、第2类灌木树种，适当搭配第3类树种。

3 讨论与结论

植物净光合速率的高低决定了其固碳释氧能力的大小，然而植物的净光合速率的变化除与树种的生物学特性有关外，还受许多外界生态因子的影响。植物的光合作用是植物与外界环境进行能量转化的过程，在此过程中植物将大气中的CO2固定在体内并释放出O2。净固碳量越高说明此种植物与外界交换的CO2和O2量越多，固定在体内的有机质含量就越高。本研究所选树种中，固碳释氧能力最强的是马缨丹，最弱的棕竹，其余的排序为假连翘>黄叶榕>红桑>叶子花>朱槿>九里香>米仔兰>鹅掌藤>含笑花>狗牙花>朱蕉>变叶木>红背桂花>茉莉花>江边针葵>基及树。通过进一步的聚类分析，将18个灌木树种分为3类，即日净固碳量高树种[7～10 g/（m2·d）]、日净固碳量中等树种[5～7 g/（m2·d）]和日净固碳量低树种[2～5 g/（m2·d）]。从城市碳汇的角度出发，园林绿化树种的营造可以优先选择固碳潜力大的树种，如马缨丹、假连翘、黄叶榕、红桑等。

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