12种观赏竹的固碳释氧效应研究

张迎辉

(福州植物园福州350012)

植物作为天然的碳吸收体和碳存储体，能够通过光合作用吸收环境中的二氧化碳并释放出氧气，调节城市环境碳氧平衡、改善空气质量，发挥其生态功能。植物的碳氧平衡能力作为环境生态效应研究的一个重要指标已得到广泛的应用，研究者们采用不同的方法对植物固碳释氧作用进行了探索。国外对城市绿地碳储量的研究较早，大多采用森林树木生物量回归方程计算碳储量的方法。1998年McPherson等[1]对美国萨克拉门托市城市森林碳储量进行了评估；2002年Nowak等[2]用同样的方法对美国10个城市的绿地碳贮量进行了评估；管东生等[3]以生物量方程为基础，推算了城市绿地的固碳释氧能力，探讨了广州市绿地对城市碳氧平衡的作用；白林波等[4]利用遥感技术研究分析了合肥土地利用及树木分布的格局，按照理论年平均气候生产力计算了城市绿地每年的释氧固碳量；吴婕等[5]利用光合测定仪并结合遥感和GIS技术，对不同类型城市绿地的固碳释氧效应进行了研究，探索城市层次的植物生态效益。近年来，利用光合作用测定研究植物的光合特性、固碳释氧效应日渐增多[6-8]。通过这些不同的树木固碳释氧量计算方法，对量化评估城市绿地碳氧平衡能力进行了探索，为城市绿化树种选择和配置提供了依据，也为我们进一步开展这方面的研究提供有益的参考。

竹林生态系统为吸收二氧化碳、释放氧气的大碳汇，在碳循环中起重要作用，但目前对观赏竹类的研究多集中在园林应用、配置造景、适应性[9-11]等方面，对其固碳释氧效应的定量研究较少。本文通过测定光合速率和叶面积指数，对不同竹种在不同月份的固碳释氧效应进行分析，以期筛选出固氧释碳优良的竹种，为竹类植物在园林生态景观功能性植物的配置应用等提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

研究区位于福建省福州市，属典型的亚热带季风气候，四季常青，雨量充沛，温暖湿润，霜少无雪，无霜期达326 d。气候资源丰富，年平均降水量为900～2 100 mm，年平均气温为20～25℃，年相对湿度约77%。生境条件优良，适宜竹类生长。

1.2 试验材料

选取福建农林大学百竹园内观赏价值较高的12种观赏竹种为研究对象(表1)，所选竹种植株生长健康、无病虫害，所处大气、海拔、土壤等环境条件一致。

1.3 试验方法

1.3.1 叶面积指数测定

对12种观赏竹的冠幅、株高、胸径进行测定，采用标准枝法对整株竹子的叶片数量进行调查。将竹子分为上、中、下3个等级，统计其每个等级的枝数和叶片数，并测量出标准竹覆盖的土地面积，计算出每株标准竹的枝数和总叶片数。用标准竹的叶面积指数 (LAI)来代表各竹种的平均叶面积指数。计算公式：LAI＝总叶面积/土地面积，单位为1。

表1 试验用12种观赏竹种名称

1.3.2 光合速率测定

试验于2013年4—8月进行，在晴朗少云、无风天气，自然光照条件下，采用Li-6400便携式植物光合测量仪从8∶00到18∶00每间隔2 h测量1次；每个竹种每次选择6个大小相似、健康的叶片，每个叶片取3～5个瞬时光合速率值，3次重复。

1.3.3 计算方法

各竹种单位叶面积固定CO2量、释放O2量和单位土地面积固定CO2量、释放O2量的计算参考邵永昌等[12]对上海地区17个常用城市绿化树种固碳释氧量的计算方法。

1.3.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理和制图，采用SPSS 19.0软件进行相关统计与分析。

2 结果与分析

2.1 不同竹种叶面积指数

从不同竹种叶面积指数的测定结果 (表2)可以看出，竹种间存在极显著差异。叶面积指数最大的是小叶琴丝竹，为19.50；青丝黄竹次之，为14.25；黄槽竹叶面积指数最小，仅为0.58，与小叶琴丝竹相差约34倍。不同竹种叶面积指数由大到小的排序为：小叶琴丝竹＞青丝黄竹＞佛肚竹＞凤尾竹＞撑篙竹＞唐竹＞黄金间碧玉竹＞花吊丝竹＞金镶玉竹＞紫竹＞阔叶箬竹＞黄槽竹。叶面积指数反映的是单位土地面积上植物的总叶面积量，表明树木叶片的疏密程度和树冠的冠形，叶面积指数越大，说明叶片的层叠程度越大，对光能可形成多层利用，可减少光能的浪费。各竹种叶面积指数的大小反映了对光能利用能力的高低。

表2 12种观赏竹叶面积指数

2.2 不同月份不同竹种净光合速率的变化

植物在进行光合作用时，受光照强度、空气温度和湿度、大气CO2浓度等环境因子和自身生理特性的影响，其光合作用会不断地发生变化，故其净光合速率在不同时间会出现相应的变化。

由图1可以看出，不同月份各竹种的净光合速率明显不同，各竹种的净光合速率月变化趋势为7月＞8月＞6月＞5月＞4月，这主要是因为植物在进行光合作用时易受光照、温度等多种外界环境因素影响和自身生理结构的限制；同时每个月份的光照强度、温湿度以及植物的生长情况也不同，故净光合速率随着月份的变化而呈现出一定的规律性。观赏竹的日净光合速率，7月份为3.12～6.32μmol/(m2·s)， 8 月 份 为 2.49 ～4.94μmol/(m2·s)， 6月份为 1.48～4.32μmol/(m2·s)， 5月份为 1.39～4.17 μmol/(m2·s)，4月份为0.96～3.55 μmol/(m2·s)。

图1 12种观赏竹不同月份日平均净光合速率

12种观赏竹日平均净光合速率由大到小的排序为阔叶箬竹＞黄槽竹＞佛肚竹＞花吊丝竹＞撑篙竹＞黄金间碧玉竹＞青丝黄竹＞紫竹＞金镶玉竹＞凤尾竹＞小叶琴丝竹＞唐竹。日平均净光合速率值最大的竹种是阔叶箬竹，为4.66μmol/(m2·s)；其次为黄槽竹和佛肚竹，分别为3.94和3.90μmol/(m2·s)；最小的是唐竹，仅为2.06μmol/(m2·s)，最大值是最小值的2倍多。日平均净光合速率能反映出不同植物的光合生物学特性，其值越大，植物的光合能力越强，说明阔叶箬竹、黄槽竹、佛肚竹光合能力较高，唐竹的光合能力最弱。

2.3 不同月份不同竹种单位叶面积固碳释氧量

不同月份不同竹种单位叶面积的固碳释氧量见图2和图3。从分析结果看，在整个竹种的生长期中，同一竹种在不同月份的固碳释氧量存在着显著差异，12种观赏竹的平均单位叶面积固碳释氧量由大到小排序为阔叶箬竹＞黄槽竹＞佛肚竹＞花吊丝竹＞撑篙竹＞黄金间碧玉竹＞青丝黄竹＞紫竹＞金镶玉竹＞凤尾竹＞小叶琴丝竹＞唐竹。其中单位叶面积固碳释氧量最大的为阔叶箬竹，固碳量为17.73 g/(m2·d)，释氧量为12.90 g/(m2·d)；黄槽竹和佛肚竹次之，固碳量分别为14.91和14.81 g/(m2·d)，释氧量分别为10.84和10.77 g/(m2·d)；最小的是唐竹，固碳量为 7.85 g/(m2·d)，释氧量为6.85 g/(m2·d)，阔叶箬竹固碳释氧量是唐竹的近2倍。

图2 12种观赏竹不同月份单位叶面积固碳量

图3 12种观赏竹不同月份单位叶面积释氧量

12个竹种在不同月份的固碳量和释氧量变化趋势相似，总的变化趋势是7月＞8月＞6月＞5月＞4月。其原因可能为：4月份处于春季，竹子刚开始萌发枝叶，光照和温度适宜竹子生长，但因4月雨水也较为充沛，湿度较大，对光合作用有一定的影响，故光合能力较弱；5月开始逐渐进入夏季，气温逐渐上升，光照越来越强，竹子进入生长盛期，叶片生长旺盛，竹子的光合利用率升高；虽然夏季中午气温较高会导致部分竹种出现 “午休”现象，但是随着夏季日照时间的增长，其固碳释氧主要集中在上午和下午这2个时段，故其固碳释氧量依然较4月高。

2.4 不同月份不同竹种单位土地面积固碳释氧量

从测定分析结果 (图4和图5)看，12个竹种在不同月份的单位土地面积固碳释氧量与单位叶面积固碳释氧量变化趋势相似，总的变化趋势为7月＞8月＞6月＞5月＞4月；平均单位土地面积固碳量为8.65～168.92 g/(m2·d)、释氧量为6.29～122.86 g/(m2·d)。在引入叶面积指数指标后，12个竹种单位土地面积固碳释氧量与单位叶面积固碳释氧量相比排序明显不同，单位土地面积平均固碳释氧量由大到小排序为青丝黄竹＞小叶琴丝竹＞佛肚竹＞撑篙竹＞黄金间碧玉竹＞花吊丝竹＞凤尾竹＞唐竹＞金镶玉竹＞紫竹＞阔叶箬竹＞黄槽竹。其中单位土地面积固碳释氧量最大的竹种是青丝黄竹，固碳量为168.92 g/(m2·d)， 释氧量为 122.86 g/(m2·d)；小叶琴丝竹和佛肚竹次之，固碳量分别为160.80和135.25 g/(m2·d)，释氧量分别为116.92和98.37 g/(m2·d)；最小的是黄槽竹，固碳量为8.65 g/(m2·d)，释氧量为6.29 g/(m2·d)，最大固碳释氧量是最小的近20倍。

图4 12种观赏竹在不同月份单位土地面积固碳量

图5 12种观赏竹在不同月份单位土地面积释氧量

2.5 不同竹种碳氧平衡效应的聚类分析

对12个竹种单位土地面积固碳释氧能力进行聚类分析，结果如图6。将其固碳释氧能力分为3类：第1类是青丝黄竹、小叶琴丝竹、佛肚竹，固碳释氧能力最强；第2类是撑篙竹、黄金间碧玉竹、花吊丝竹、凤尾竹、唐竹，固碳释氧能力较强；第3类是金镶玉竹、黄槽竹、紫竹、阔叶箬竹，固碳释氧能力较弱。聚类分析结果可为竹类植物在园林景观中的应用提供参考，可根据需要选择固碳释氧能力强的竹种，也可在固碳释氧能力为同一类的竹种中选择合适的观赏竹进行替换，以更大程度地发挥观赏竹的生态功能和美学功能。

图6 12种观赏竹单位土地面积固碳释氧能力聚类分析

3 结论与讨论

光合速率大小和单位叶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[13]。在本研究中，单位叶面积固碳释氧量最大的竹种是阔叶箬竹、黄槽竹，在引入叶面积指数指标后，其单位土地面积的固碳释氧能力明显小于其他竹种。因此，在对绿地固碳释氧效应进行评估时，对植物绿量进行系统分析是非常必要的。本文所测定的12个竹种在不同月份的固碳释氧能力差异明显，单位叶面积固碳释氧变化和单位土地面积固碳释氧变化趋势均为7月＞8月＞6月＞5月＞4月。夏季高温胁迫，容易破坏植物光合和呼吸作用的平衡，从而降低植物的光合能力，但是夏季日照时间长，上午和傍晚的光合能力较强，是主要的固碳时间段[8]，因此各竹种在7—8月份有最高的固碳量。

将12个观赏竹的固碳释氧能力分为3类，其中阔叶箬竹、紫竹等的固碳释氧能力较弱，可能与其具有较强的滞尘能力有关[14]。在自然环境中大气颗粒物可能会在植物叶片的表面形成一层天然的物理屏障，影响植物的光合作用，使其对光能的利用率下降，从而降低植物的光合能力。综合试验结果表明，青丝黄竹、撑篙竹、黄金间碧玉竹、花吊丝竹是大型观赏竹种中固碳释氧能力较优良的竹种，唐竹是中型观赏竹种中固碳释氧能力优良的竹种，佛肚竹、凤尾竹是小型观赏竹种中固碳释氧能力优良的竹种，在园林景观配置中可根据实际情况加以选用。

植物固碳释氧过程是十分复杂的动态生物学过程，除了与植物物种的生长状况有关外，还与小气候环境的温度、湿度、土壤、采样点等因素有关。本试验主要从观赏竹单位叶面积固碳释氧量和单位土地面积固碳释氧量2个方面探讨了竹种的固碳释氧效应，研究表明竹种叶面积指数大小对竹种的固碳释氧效应的影响较大，在今后的研究中还可以从环境因素 (如温度、光照、水分)等方面研究竹种固碳释氧效应的影响因素。

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