广州市6 种攀援植物降温增湿效应研究

赖巧晖，翁殊斐，胡竞恺，黄 敏

(1.广东农工商职业技术学院，广东 广州 510507；2.华南农业大学林学与风景园林学院，广东 广州 510642)

随着我国经济的高速发展，城市人口急剧增长，城市建筑物越来越密集拥挤。面对高层建筑物密集、绿地严重不足的城市现状，利用攀援植物进行立体绿化，增加城市绿化覆盖面积，是城市绿化发展的主要趋势[1]。2015 年，广州市规划局、广州市林业和园林局联合制定了《关于推进广州市城市空间立体绿化的意见》，大力推进建筑、桥梁的立体绿化建设工作，增加城市绿量、改善城市生态环境[2]。经过几年的建设，广州市已建成具有地方特色的城市空间立体绿化景观。攀援植物是城市立体绿化的重要组成要素，同时，园林植物配置也从过去的以观赏功能为主，转向注重生态、观赏、游憩等多方面效益，从而推动植物生态效益研究从定性转向定量[3]。对攀援植物进行科学、系统地研究，了解选用植物的生态效益，对于攀援植物发挥最佳的社会效益和生态效益具有重要意义。目前，对攀援植物的研究主要集中在种质资源调查分析[4]、园林配置[5]、景观评价[6—7]等方面，以及对单位叶面积固碳释氧量、降温增湿效应进行单独研究[8]，对攀援植物单位绿地面积的综合生态效益尚未有系统研究。

本文以广州市立体绿化中应用频率较高的6 种攀援植物为研究对象，通过测定其在生长旺季的光合速率和蒸腾速率，量化评价其单位绿地面积的固碳释氧和降温增湿生态效益，为广州市立体绿化植物筛选提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

以广州市华南农业大学校园内华南快速路天桥上种植的6 种攀援植物为试材，即异叶爬墙虎Parthenocissus dalzielii、簕杜鹃Bougainvillea spectabilis、使君子Quisqualis indica、炮仗花Pyrostegia venusta、紫藤Wisteria sinensis、金银花Lonicera japonica，所选材料均为生长健康的成熟植株。

1.2 方法

1.2.1叶面积指数参照刘光立等[9]的方法，采用直接测量法计算叶面积指数。

叶面积指数r (m2·m-2)=叶片平均面积(m2)×单位地表面积内叶片总数(个·m-2)

1.2.2光合速率和蒸腾速率日变化测定采用Li-6400 红外气体分析仪(美国Li-Cor 公司)测定植物叶片净光合速率和蒸腾速率。根据植物光合作用原理，植物固碳释氧效应的计算依赖于对植物净光合速率的测定，选择8～10 月晴好、无风天气，在室外自然光照条件下进行活体测定。测定指标为植物叶片净光合速率和蒸腾速率。从当日8:00 至18:00，每隔2 h 测量一次。

1.2.3生态效益计算

1.2.3.1固碳释氧量植物通过光合作用吸收二氧化碳、释放氧气，可以在光合速率测定的基础上计算植物的固碳释氧量。参照刘光立等[9]的计算公式，测定植物固碳释氧量。

其中，P 为测定日的同化总量，单位为mmol·m-2·s-1；Pi指初测点的瞬时光合作用速率，Pi+1为下一测点的瞬时光合作用速率，单位为μmol·m-2·s-1；ti为初测点的瞬时时间，ti+1为下一测点的时间，单位为h；j 为测试次数。

CO2摩尔质量为44，O2摩尔质量为32，根据光合作用反应方程CO2+4H2O →CH2O+3H2O+O2可知，单位叶面积固碳量WCO2(g·m-2·d-1)和单位叶面积释氧量WO2(g·m-2·d-1)计算公式如下：

1.2.3.2降温增湿量植物通过蒸腾作用实现对环境的降温增湿。降温增湿量用以下公式计算[8]：

式中，E 为植物日蒸腾总量；ei为初时测点的瞬时蒸腾作用速率，ei+1为下一时刻测点的瞬时蒸腾作用速率，单位mmol·m-2·s-1；ti为初测点的测试时间，ti+1为下一测点的时间，单位h；j 为测试次数。

参照杨士弘[10]的蒸腾降温估计方法。考虑到空气湍流、对流和辐射作用，空气与叶面之间及空气微气团之间不断进行热量扩散和交换，故取底面积为10 m2，高100 m 的空气柱作为计算单元。在此体积为l000 m3的空气柱体中，气温下降值用下式表示：

Q0= Q/1000

△T= Q0/PC

式中，Q0为绿地植物蒸腾使其单位体积空气损失的热量(J·m-3·h-1)；PC为空气的容积热容量，取值为1256 J·m-3·h-1。

1.2.4数据处理室外调查数据和Li-6400 红外气体分析仪测得的数据均采用Excel 软件分析处理。对仪器所采数据进行筛选，剔除不符合记录条件的数据(气孔导度在0 以下)。

2 结果与分析

2.1 单位绿地面积固碳释氧量种间比较

植物通过光合作用吸收CO2和释放O2，不同植物因生理特性不同，同化CO2和释放O2的能力有所差异。由表1 可知，由于叶面积指数不同，6 种攀援植物的单位绿地面积固碳释氧效应与单位叶面积的固碳释氧效应有差异，其中簕杜鹃和金银花的差异最明显。异叶爬墙虎和紫藤单位叶面积的固碳释氧量非常接近。

从叶面积指数来看，金银花与其他5 种植物均有显著差异，特别是与异叶爬墙虎的差异最大，异叶爬墙虎为金银花的5.96 倍。异叶爬墙虎、使君子和簕杜鹃三者的叶面积指数没有显著差异。植物叶面积指数对植物的单位绿地面积的生态效益量有直接影响。

试验期间，单位绿地面积日固碳量和释氧量最高为簕杜鹃，其中日固碳量是金银花的7.53 倍，日释氧量是金银花的7.52 倍。日固碳量表现最好的为异叶爬墙虎和簕杜鹃。紫藤、异叶爬墙虎、使君子和炮仗花日释氧量没有显著差异。综合来看，异叶爬墙虎和簕杜鹃的固碳释氧能力最优。

表1 6 种攀援植物的固碳释氧量Table 1 CO2 fixation and O2 releasing capacity of six species of climbing plants

2.2 降温增湿效益分析

2.2.1单位绿地面积的日释水总量根据测定结果，估算出6 种攀援植物在8～10 月日蒸腾总量和日蒸腾吸热量(表2)。6 种攀援植物单位绿地面积日释水总量与蒸腾速率的变化趋势相同。日释水总量最高的是异叶爬墙虎，为6951.07 g，和排第二的簕杜鹃差异不显著，这两种植物对其周围的小环境能起到较好的增湿作用。金银花与异叶爬墙虎、簕杜鹃的差异显著，与固碳释氧量表现一致。

2.2.2降温效益分析植物通过蒸腾作用向外界散失水分，同时从环境中大量吸收热量，实现了潜热能的转换而达到降温效应。6 种植物的蒸腾速率不同，对周围小气候的降温作用也不同。簕杜鹃的降温最大，为0.44 ℃；异叶爬墙虎其次，降温幅度为0.41 ℃；炮仗花的降温作用最小，仅为0.24 ℃。异叶爬墙虎在园林中主要用于墙面绿化，包括建筑物、围墙等，其降温效果明显，能较大程度地降低墙面温度，对墙体起到保护作用。由于城市建筑密集，空气流动性较弱，因此攀援植物降温和增湿效应更加明显。

表2 6 种攀援植物的降温增湿效应Table 2 Cooling and humidification of six species of climbing plants

3 讨论

植物通过吸收、反射太阳辐射和蒸腾作用增加周围空气湿度、降低周围空气温度，从而改善周围环境的小气候。用于绿化的园林植物种类众多，改善小气候的作用大小不同，通过科学有效的方法评估不同园林植物的降温增湿能力，有利于挑选更好的植物种类，营建生态效益更佳的园林绿地。

园林植物的固碳释氧量取决于其白天净光合速率和夜间呼吸、人工修剪量、凋落物量和动物取食量的大小，其中前两者最为关键[11]。对于整株植物而言，其固碳释氧量不仅取决于其单位叶片面积的固碳释氧量，还取决于其叶面积指数，叶面积指数越大，单位绿地面积的叶片面积越大，固碳释氧量就越大。因此，单位绿地面积固碳释氧量对评价城市绿化中园林植物的生态效益具有积极意义，可用于比较同类型园林植物的不同种类及不同类型园林植物之间固碳释氧量的相对差异。

目前对于植物固碳释氧、降温增湿的评价大部分以植物单位叶片面积的固碳释氧量、释水量和吸热量为内容。对于整株植物而言，其固碳释氧量、释水量和吸热量不仅取决于其单位叶片面积，还取决于叶面积指数，叶面积指数越大，其固碳释氧量、释水量和吸热量就越大。因此，基于植物单位叶片面积的计算量有一定的局限性，而单位绿地面积对评价城市绿化中园林植物的生态效益具有更为积极的意义，可以用于比较同类型园林植物的不同种类及不同类型园林植物之间固碳释氧量的相对差异。因此，对于植物生态效应的量化研究应以植物单位绿地面积为单位。

也有部分学者对植物生态效应评价体系的建立进行研究[12]，体系内容主要包括植物固碳释氧和降温增湿生态效应。本文对6 种攀援植物的固碳释氧和降温增湿生态效应进行比较分析，结果显示，异叶爬墙虎和簕杜鹃的吸热释水效益最佳，对其周围的小环境能起到较好的增湿作用。在炎热的夏季，以遮阴为目的的棚架绿化可选用簕杜鹃、异叶爬墙虎和使君子。炮仗花、紫藤、金银花等增湿效益不明显的植物可用于假山置石绿化，或点缀于棚架绿化中。