沈阳市常用园林植物碳汇功能研究

于 佳 ，陈宏伟 ，闫红伟

（1.沈阳农业大学 园艺学院，辽宁 沈阳 110161；2.沈阳农业大学 林学院，辽宁 沈阳 110161;3.沈阳大学 生命科学与工程学院，辽宁 沈阳 110044）

温室气体过度排放带来的全球气候变暖，已经给人类带来了巨大的生存问题。全球气候变暖也已经成为全球性的科学问题，同时也是各国政要关注的焦点。特别是在《京都议定书》[1-3]签署之后，各发达国家积极采取措，减少温室气体，特别是CO2的排放。由于发展中国家温室气体排放数量的不断加大，发达国家开始对发展中国家参与温室气体减排或限排施加压力。我国一方面采取措施降低温室气体的排放，另外一方面努力增加碳汇，从而减低温室气体排放带来的环境问题。

城市是人类生活的主要载体，城市生态环境的建设受到社会各界的广泛关注。作为城市生态环境重要组成部分的园林植物具有碳汇功能。而目前，对碳贮量与碳汇功能研究更多是集中在森林生态系统和草原生态系统领域[4-6]。随着城市温室气体排放的增加和园林植物的广泛应用[7]，探讨园林植物的碳汇功能非常必要。

本研究选取沈阳市常用的绿化树种作为研究对象,选用沈阳城市园林绿化中常见的 7 种植物作为监测树种。试验中对不同树种、不同月份的光合速率情况的进行监测，同时获得不同的环境影响因子[8]，分析不同植物的固碳能力，从而进一步探究城市绿化树种的碳汇能力。通过城市绿化树种碳汇功能的分析，为建设低碳城市、生态城市建设提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

沈阳市树木标本园，隶属于中国科学院沈阳应用生态研究所所有，位于沈阳市中心的南运河中段（41°46'N，123°26'E，海拔 41.6 m），占地面积大约为5 hm2。属北温带湿润季风型大陆气候，四季分明，雨热同季。年均气温为7.4 ℃，极端最高气温为38.3 ℃，极端最低气温为-32.3 ℃，年均降水量755.4 mm，集中在6、7、8月，占全年的64.4%，无霜期为150 d，年均日照时数2 425.4 h，年蒸发量1 408 mm[9]。

1.2 材料

根据沈阳城市绿地普查结果综合考虑确定出沈阳市常用园林植物，从中选取油松，银中杨，水曲柳，蒙古栎，红瑞木，连翘和榆叶梅作为试验用材。

表 1 试验材料Table 1 Tested tree species

1.3 研究方法

1.3.1 数据获取

根据绿化普查的相关数据，在沈阳树木标本园选取与城市绿化中每种植物的平均树高、胸径、冠幅等近似的油松，银中杨，水曲柳，蒙古栎，红瑞木，连翘，榆叶梅的标准木作为试验材料。每种选择3～5株，并挂牌标记。于晴好无风的天气条件下，采用Li-6400便携式光合测定系统（美国Li-Cor公司生产），在自然条件下，随机选取树木在树冠外1 /3层中点或偏内的叶片取样测定[10]。2014年4月中旬至9月中旬每日8:00～18:00，每2 h测量1次，每株取3片叶，待系统稳定后，每片叶取5个瞬时光合速率值，取平均值。测试时，阔叶乔灌木植物选用光合叶室测定，针叶乔木则采用簇状叶室测定。

1.3.2 数据分析

（1）叶面积

单株植物叶面积的求算法采用Nowak[8-9]等的城市树木叶面积回归模型。Nowak建立的叶面积回购模型是在多树种、多年龄结构及多种胸径（树高）等级上建立起来的，具有一定的通用性。因此由模型参数引起的叶面积误差不会太大，计算公式为：

式（1）中，Y为叶面积(m2)；H为树冠高(m)；D为树冠直径(m)；S=πD(D+H)/2。

（2）植物碳固定量

植物净同化量是植物光合作用日变化曲线中净光合速率曲线与时间轴的围合面积。因此，可以通过植物的净光合速率的计算各种植物在净同化量[11]。在测定当日各树种的净同化量为计算公式为：

式（2）中，P为同化总量,单位为mmol·m-2d-1，Pi为初测点的瞬时光合速率，Pi+1为下一测点的瞬时光合速率，单位为µmol·m-1s-1；ti为初测点的瞬时时间，ti+1为下一测点的时间，单位h，j为测试次数，3 600指每小时为3 600 s，1 000指1 mmol为1 000 µmol。

用测定日的同化总量换算为测定日固定 量为：

式（3）中44为CO2的摩尔质量，单位为g·mol-1，WCO2为单位面积的叶片固定CO2的质量,单位为g·m-2d-1。

植物年固碳量的计算，考虑植物光合作用在植物的着叶期内进行，有效的光合作用天数为150 d。

2 结果与分析

2.1 7种常用园林植物光合速率分析

植物的光合作用受随外界的环境因子的变化，光合速率会有所波动。从图1和图2中看出蒙古栎和油松表现为春季＞夏季＞秋季，水曲柳表现为秋季＞夏季＞春季 ，银中杨和榆叶梅表现为夏季＞春季＞秋季，红瑞木和连翘表现为夏季＞秋季＞春季。

图1 乔木季节光合速率变化Fig.1 Seasonal changes of photosynthesis rates of shrub trees

图2 灌木季节光合速率变化Fig.2 Seasonal changes of photosynthesis rates of arbor trees

2.2 7种常用园林植物单位叶面积固碳量分析

对沈阳市常用的7种园林植物固碳量进行计算，结果见表2。4种乔木的单位叶面积固碳量为4.23～17.36 g·m-2d-1，其中银中杨最高17.36 g·m-2d-1，油松最低，为 4.23 g·m-2d-1；2 种植物相差4.1 倍。3种灌木的单位叶面积固碳量为6.79～11.24 g·m-2d-1，其中连翘最高 11.24 g·m-2d-1，榆叶梅最低，为6.79 g·m-2d-1；2 种植物相差1.38倍。银中杨和红瑞木相差2.09倍。7种常用园林植物固碳能力：乔木，银中杨＞油松＞水曲柳＞蒙古栎；灌木，榆叶梅＞连翘＞红瑞木。

表 2 7种植物固碳量Table 2 Fixed carbon amounts of seven kinds of trees

2.3 7种常用园林植物碳汇能力分析

植物通过光合作用发挥固碳功能，植物的固碳量的多少，对碳汇具有重要意义。由图3可知，沈阳市7种常用园林植物的年固碳量为7 678.92～224 829.36 g，植物碳汇能力有一定的差异性。在4种乔木中银中杨的碳汇能力最强，油松最弱；在3种灌木中碳汇能力榆叶梅最强红瑞木最弱。

图3 7种植物年固碳值Fig.3 Annual fixed carbon amounts of seven trees

2.4 7种常用园林植物碳汇能力聚类

采用SPSS11.0软件，对沈阳市7种常用园林植物的碳汇值采用欧式距离平方进行聚类分析，结果见图4、图5。7种常用园林植物种乔木共分为两级，一级为银中杨，蒙古栎；二级为油松，水曲柳；灌木氛围两级，一级为榆叶梅；二级为红瑞木，连翘。

3 结论与讨论

图4 乔木碳汇能力聚类Fig.4 Cluster analysis on carbon sink ability of 4 kinds of arbor species

图5灌木碳汇能力聚类Fig.5 Cluster analysis on ability of carbon sink of 3 kinds of shrub species

（1）沈阳市7种常用园林植物的光合速率随季节变化表现为蒙古栎和油松春季＞夏季＞秋季，水曲柳秋季＞夏季＞春季 ，银中杨和榆叶梅夏季＞春季＞秋季，红瑞木和连翘夏季＞秋季＞春季。

（2）沈阳市7种常用园林植物中碳汇能力依次为银中杨＞蒙古栎＞水曲柳＞油松＞榆叶梅＞红瑞木＞连翘。其中4种乔木的碳汇能力明显高于3种灌木。沈阳市城市园林绿地植物选择时，乔木优先银中杨，蒙古栎；灌木优先榆叶梅。

（3）现今已从单纯追求城市园林绿地的景观效果逐渐转向追求景观和生态效益并重的方向。园林植物既有景观效果又能起到一定生态效益的城市绿地用材，应该得到我们的重视同时应该对它进行深入的研究。本研究只对园林绿化用材中的常绿乔木，落叶乔木和落叶灌木进行了研究，常绿灌木和园林地被植物也是园林绿化不可缺少的材料，在今后的研究中应加大研究范围，更深入的了解不同植物的碳汇能力。

（4）本研究通过光合速率和叶面积估算植物的碳汇值，进而研究植物的碳汇能力。在本研究中没有考虑植物本身的碳储量以及植物的年增长量带来的生物量的变化而引发的自身碳储量的增加对于碳汇的影响。在今后的研究中应该更加深入的探讨这一问题。

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