石少昆 李静 季淑婷 雷琼

摘要：以临沂地区5种常见常绿园林植物为试验材料，于秋季测定其光合速率和蒸腾速率，量化研究5种常绿园林植物单位面积植被的固碳释氧量和吸热降温的能力。研究表明：大叶女贞、大叶黄杨、小叶黄杨3种植物的净光合速率日变化呈双峰型变化趋势，第1次峰值出现在上午10：00.第2次峰值出现在下午14：00.并且在中午12：00时出现“光合午睡”现象;法国冬青及香樟的变化趋势一致，呈单峰型变化趋势，但最高峰值出现的时间不同，法国冬青的最高峰值出现在上午10：00.而香樟最高峰值出现在中午12：00。5种常绿园林植物单位叶面积日固碳释氧能力从大到小依次为：大叶女贞>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青>香樟;5种常绿园林植物增湿降温能力从大到小依次为：大叶女贞>香樟>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青。综合评价5种常绿植物生态效益，在植物配置时，优选大叶女贞、大叶黄杨和小叶黄杨，香樟可作为观赏树种适量引种。

关键词：常绿植物;固碳释氧;降温增湿;光合速率

城市绿地作为城市复合生态系统的重要组成部分，对改善城市环境、维持城市生态稳定具有重要作用。园林植物是构成城市绿地系统的重要组成部分，能够通过光合作用发挥固碳释氧和降温增湿的功能，在改善城市空气质量，实现城市生态系统良性循环方面发挥着重要作用。在进行城市绿地建设时，不仅要考虑植物的观赏价值，还要兼顾其生态效益的发挥，因此园林植物的选择是城市绿地建设工作的重要内容。近年来，对城市绿地系统的研究主要集中在空间规划和植物群落植物配置等方面，而对绿地系统中植物生态功能定量化的研究不多。鉴于此，本研究选择临沂地区城市绿地常见的香樟、法国冬青、大叶女贞、小叶黄杨、大叶黄杨5种常绿园林植物，通过对其固碳释氧、增湿降温能力的比较和初步评估，为临沂地区园林绿化的植物选择和景观空间规划提供一定的理论依据。

1 研究方法

1.1试验材料

在对临沂城市绿地常绿植物应用调查的基础上，在临沂大学校内及周边小区选取具有代表性的大叶女贞、法国冬青、大叶黄杨等5种常绿植物作为试验材料，试验材料均選自于绿地中生长良好，大小基本一致，无病虫害的植株，译隋见表1。

1.2研究内容与方法

1.2.1光合蒸腾作用的测定。本研究使用美国LI-COR公司生产的LI-6400XT便携式光合仪测定植物净光合速率以及植物的蒸腾速率。于2018年9-11月，选择晴朗无风的天气，在自然光照环境条件下，每次每个树种选取向阳面叶龄相对一致的植株叶片3片，从8：00～16：00每隔2h测1次。

1.2.2固碳（CO₂）释氧（O₂）量效益计算。根据光合作用的反应方程式：CO₂+4H₂O—CH₂O+3H₂O+O₂可知吸收CO₂和释放O₂的摩尔比是1：1.假设1天24h中光照时间为12h，可根据植株叶片净光合速率日变化得出植株日平均净光合速率，由此可估算出植物单位叶面积日固碳（CO₂）量和释氧（O₂）量。

通过植物光合作用的日变化曲线图可得，植物净光合速率曲线和时间横轴所形成的面积即同化量，故设植物净同化量为P，因此可用公式来进行计算：

公式中P为测定日的总同化量，单位为：mmol/（m²·d）;Pi指初测点光合作用的瞬时速率;Pi+1为下一测点光合作用的瞬时速率，单位均为umol/（m²·d）;T₁是指初测点的瞬时时间，T_i+1是指下一测点的瞬时时间，单位为h;3600指1h=3600s;1000指lmmol=1000umol。

植物日固定CO₂量可由测定日的同化总量换算得出，公式如下：WCO₂=Px44x10^-5

其中44为CO₂的摩尔质量，Wco₂为单位叶面积的固碳（CO₂）量，单位：夕（m²·d）。

同时根据光合作用的反应方程式可计算出该日植物释放O₂的质量，公式如下：Wo₂=P x 32×10^-6

其中32为O₂的摩尔质量，Wo₂为单位叶面积释氧（O₂）量，单位：g/（m²·d）。

1.2.3释水吸热量的计算。释水和吸热是植物同时进行的2个过程，植物叶片蒸腾速率的日变化可由测定植物叶片光合速率日变化时同步测得。根据植物叶片蒸腾速率日变化规律可知植物日平均蒸腾速率，假设一天的蒸腾时间以12h计算，由此可计算出单位面积叶片每天的蒸腾总量。

计算公式：E=日平均蒸腾速率（mmol/（m²·s））x蒸腾时间（12h）×3600（s）÷1000

WH₂o=Ex18

其中E为测定日的蒸腾总量，单位：mol/（m²·d）;为测定范围内释水总量，单位g/（m²·d），P8是H₂O的摩尔质量。

蒸腾作用是植物通过叶片或茎叶上的气孔和角质层以气态形式向外界扩散水分的过程，该过程不断吸收环境中的热量，增强环境湿度，从而达到降低温度改善周边小气候的作用。假设植株单位叶面积在测定范围内因释放水分而吸收的热量为Q，因此计算公式为：

Q=WH₂Ox Lx4.18

L=597-0.57x T

其中Q为植株单位面积叶片日吸热量，单位：J/（m²·d）;WH₂O为植物每日蒸腾总量，单位：g/（m²·d）;L为蒸发耗热系数;T为叶面温度。

1.2.4数据处理分析。所得试验数据采用Excel进行图表制作，利用DPS7.0统计软件进行显著性差异分析，显著水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.15种常绿园林植物净光合速率的日变化概况

由图1可知：大叶女贞、大叶黄杨、小叶黄杨的净光合速率日变化趋势基本一致，变化趋势呈双峰型，并且在中午12：00出现“光合午睡”现象，大叶女贞等3种植物均在10：00出现第1高峰，其值分别为8.9umol/（m²·s）、7.7umol/（m²·s）、7.5umol/（m²·s）;在14：00时出现第2高峰，其值分别为7.0umol/（m²·s）、6.5umol/（m²·s）、6.3umol/（m²·s）。香樟和法国冬青变化趋势相似，呈单峰变化趋势，但最高峰值出现的时间不同，香樟最高峰值出现在中午12：00左右，其值为4.8umol/（m²·s），而法国冬青的最高峰值出现在上午10：00左右，其值为5.7umol/（m²·s）。

2.25种常绿园林植物固碳释氧效应

表2表明：5种不同常绿园林植物的日均净光合速率依次为大叶女贞>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青>香樟。因本试验中法国冬青采样点多生长在树荫下，接受到的阳光少，故光合速率低;香樟虽然生长在阳光充足的地方，但其光合速率还低于身为灌木的冬青，原因可能是香樟本为南方树种，引种至北方后，虽然能够成活，但其生长态势不如本地树种。

大叶女贞、大叶黄杨日固碳量差异较小，但与香樟、法国冬青差异显著，5种植物日固碳量从大到小依次为大叶女贞>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青>香樟。与日固碳量相似，大叶女贞日释氧量与其它4种植物差异显著，小叶黄杨与大叶黄杨差异不显著，但均与香樟和法国冬青差异显著。5种植物日释氧量从大到小依次为大叶女贞>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青>香樟。

通过单位叶面积年固碳（CO₂）量和释氧（O₂）量可以对试验植物的固碳释氧能力进行评价，一般而言，单位叶面积年固碳释氧量≥3500g为能力较强，介于2500-3500g之间为较强，≤2500g为弱。按照上述标准，5种园林植物固碳释氧能力由强到弱依次为大叶女贞、大叶黄杨、法国冬青、香樟。

2.35种常绿植物增湿降温效应

整株植物的日蒸腾释水量取决于其单位叶面积日蒸腾量，因此植物的生态效益与物种的生态学特征紧密相关。表4表明：相同条件下，5种园林植物中大叶女贞的释水量和吸热量最高，其值分别为3732.48g/（m²·d）和9P36.39KJ/（m²·d），法国冬青释水量和吸热量仅为2877.12g/（m²·d）和6852.30KJ/（m²·d），能力较低;香樟、法国冬青、大叶黄杨介于二者之间。5种园林植物单位叶面积释水量从大到小依次为大叶女贞>香樟>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青;单位叶面积吸热量从大到小依次为大叶女贞>香樟>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青。大叶女贞、香樟和大叶黄杨单位面积叶片蒸腾释水量差异不显著，但均与法国冬青、小叶黄杨差异显著;就日吸热量而言，大叶女贞与香樟差异不显著，但与其他3种植物均差异显著。

3 总结与讨论

研究表明：大叶女贞、大叶黄杨、小叶黄杨的净光合速率日变化趋势基本一致，呈双峰型变化趋势，并且在中午12：00出现“光合午睡”现象，李萍”等对国槐研究也曾得出类似结果。香樟和法国冬青变化趋势一致，呈单峰变化趋势，但最高峰值出现的时间不同，香樟最高峰值出现在中午12：00.而法国冬青的最高峰值出现在上午10：00。

植物光合特性受多种因子影响，导致植物固碳释氧、降温增湿能力也存在差异。5种常绿园林植物中，大叶女贞、大叶黄杨单位叶面日均固碳释氧量差异不明显，但与香樟、法国冬青差异显著，5种植物日均固碳释氧能力从大到小依次为大叶女贞>大叶黄楊>小叶黄杨>法国冬青>香樟。

植物一方面能阻挡太阳辐射，减少到达地面的热量，同时能通过蒸腾作用吸收周围环境中的热量降低空气温度，并向环境中释放水分增加空气湿度，从而调节环境小气候，本研究5种常绿园林植物单位叶面积释水量从大到小依次为大叶女贞>香樟>大叶黄杨>小叶黄杨，法国冬青;单位叶面积吸热量依次为大叶女贞>香樟>大叶黄杨>小叶黄杨>法国冬青。其原因可能与植物体量有关，大叶女贞和香樟属乔木，体量大，根系分布广而深，大叶黄杨、小叶黄杨和法国冬青属灌木或小乔木，体量小，根系部分较浅。张艳丽等”研究也认为植物三维绿量越大，生态效益相对越好。法国冬青无论单位叶面积吸热量还是释水量均最小，这可能与其生长在荫蔽的环境有关。

综合评价5种常绿园林植物可得，大叶女贞、大叶黄杨、小叶黄杨年固碳释氧能力强。大叶女贞、香樟、大叶黄杨降温增湿效果较好。在测定的5种植物中，大叶女贞、香樟属于乔木，大叶黄杨、小叶黄杨和法国冬青属灌木，从测定结果看，显然无论是固碳释氧能力还是降温增湿能力都是乔木大叶女贞最佳，香樟虽然是乔木，但因为是南树北种，虽然近年来在临沂城市建设中引种较多，但通过测定，其单位叶面积固碳释氧能力不如本地灌木，这一现象在今后绿地植物配置中应引起足够重视。

植物的生态效益受自身的三维绿量和环境中的多种因子及影响，本研究只针对北方城市几种常见的阔叶常绿树种的秋季固碳释氧和降温增湿能力进行了研究，样本数量有限，且一些乔木因树体高大难以进行活体数据采集，因此其生态效益评估数据存在一定误差。今后还应分季节大量取样，增加多种因子如绿量、人工修剪、凋落物量等方面影响的测定和分析，才能更好地为城市生态环境建设提供更为充分的数据参考和理论指导。