槭樹科彩葉樹種光合特性及固碳釋氧功能研究

錢蕓芝(上海新園林實業有限公司，上海201103)

綠色植物作為生態系統的初級生產者，通過光合作用固碳放氧，吸收空氣中的CO2，在一定程度上減弱溫室效應［1］。槭樹科植物多為彩葉樹種，是具有絢麗色彩的特殊園林綠化樹木，在綠地種植規劃中具有重要的應用價值［2］。在植物配置應用中，利用彩葉樹種可以豐富綠地景觀，同時篩選出固碳釋氧能力強的樹種，也能提升綠地生態效益。該試驗選擇三角槭(Acer buergerianum)、樟葉槭(Acer cinnamomifolium)、雞爪槭(Acer palmatum)、紅楓(Acer palmatum ＇Atropurpureum＇)和元寶楓(Acer truncatum)5種槭樹科主要綠化樹種作為研究對象，通過不同樹種光合速率的測定，探討單位葉面積和植株單株固碳釋氧效益，為綠地種植規劃、彩葉樹種選擇及資源合理配置提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究地概況與材料 上海屬北亞熱帶東部季風性氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。氣候溫和濕潤，春秋較短，冬夏較長。上海植物園地處徐匯區南部，占地面積81.86 hm2。測試所用植物材料為上海植物園內生長良好的30年槭樹科植株，包括三角槭、樟葉槭、雞爪槭、紅楓、元寶楓5個樹種。

1.2 測定方法

1.2.1 植株單位葉面積固碳釋氧量的測定。使用LI－6400便攜式光合測量儀，于2012年7月對植物的光合特征進行測定。選取枝條頂端第1片完全展開且無蟲害病害的成熟葉片，每株測定3～5片。測定時段分別為8:00、10:00、12:00、14:00 和16:00。

由實測的光合速率，求得植物單位葉面積每天的固碳放氧量，通常用下式計算，即:

式中，WCO2——單位葉面積 CO2的日固定量［g/(m2·d)］;WO2——單位葉面積 O2的日固定量［g/(m2·d)］;Pi——實測的瞬時光合速率［μmol/(m2·s)］;n——實測光合速率的時段數，為5;δ——取0.8，植物晚上的暗呼吸消耗量按白天同化量的20%計算;44/1 000和32/1 000——CO2和O2的克分子量;10——白晝光合時間按10 h計。

則

1.2.2 單株植物固碳釋氧量測定。利用LAI－2000冠層分析儀對單株園林樹木進行三維綠量、葉密度、孔隙度、投影面積、孔隙度等方面計算和分析。樹高、冠幅、基徑/胸徑等植物形態特征數據使用皮尺和激光測距儀結合測試獲取。

按單株樹木的葉面積數S(m2)與單位葉面積固碳量WCO2，得出整株樹木的日固碳放氧量Ws，即WS=S×WCO2

2 結果與分析

2.1 5種植物日平均光合速率比較 凈光合速率是指以單位時間、單位光合機構(干質量、面積或葉綠素)固定的CO2、釋放的O2或積累的干物質的數量，它是一個重要的光合效率指標。凈光合速率越高，表明植物葉片的結構和功能狀況越好［3－4］。從圖1可以看出，5種槭樹科主要樹種中紅楓與三角槭日平均光合速率較高，分別為 6.03和 5.60 μmol/(m2·s)，其次為雞爪槭和樟葉槭，元寶楓單位面積光合能力最低，僅為1.85 μmol/(m2·s)。

圖1 5種樹種日平均凈光合速率

2.2 5種植物單位葉面積固碳釋氧比較 園林植物通過光合作用吸收CO2、釋放O2，從而保持大氣中的碳氧平衡，這對改善城市空氣質量、實現城市生態系統良性循環具有重要意義［5］。

通過不同植物凈光合速率變化數據，換算出單位葉面積5種植物在日間固碳釋氧量(表1)。按照植物每天每平方米葉片固定CO2的量把植物的光合能力分為5級［6］:強，≥12 g/(m2·d);較強，10 ～12 g/(m2·d);中等，6 ～10 g/(m2·d);較弱，4～6 g/(m2·d);弱，＜4 g/(m2·d)。根據以上標準，三角槭、雞爪槭和紅楓單位葉面積日固碳能力屬中等，樟葉槭和元寶楓則屬較弱和弱的類別。

表1 槭樹科主要樹種單位葉面積日固碳釋氧效益比較

2.3 單株植株固碳釋氧量分析 光合速率大小和單位面積固碳釋氧量反映了植物通過葉片光合作用固碳釋氧能力的強弱，而它們的整株固碳釋氧量則體現了植物個體在固碳釋氧方面的綜合水平。

由表2所示，在調查相同樹齡不同樹種生長指標的基礎上，利用冠層分析儀計算植株單株樹總葉面積，從而得出單株日固碳釋氧能力。5種槭樹科植物中，樟葉槭由于葉量大，單株固碳釋氧能力最強，分別為209.71 g/d和152.63 g/d，雞爪槭雖然單位葉面積固碳釋氧量較高，但單株僅為小喬木，冠幅和葉面積均較小，植物個體固碳釋氧總量不占優勢，其固碳釋氧量僅為42.51 g/d和30.92 g/d，與元寶楓相近，2種樹種單株固碳釋氧能力較低。因此，槭樹科5種樹種固碳釋氧能力從大到小依次為樟葉槭、三角槭、紅楓、雞爪槭、元寶楓。

表2 單株植物日固碳釋氧量

3 結論

(1)吸碳釋氧是植物的一個重要生態功能，試驗選擇了5種槭樹科彩葉樹種，對其光合特性及固碳釋氧能力進行了測試分析。研究表明，在單位葉面積固碳釋氧能力中，三角槭、雞爪槭和紅楓固碳釋氧量較高，屬中等固碳釋氧能力;樟葉槭和元寶楓分屬較弱和弱的等級。而單株固碳釋氧能力的比較中，由于受單株葉面積總量的影響，其能力大小依次為樟葉槭、三角槭、紅楓、雞爪槭、元寶楓。

(2)單位葉面積日固碳釋氧量主要取決于植物的日凈光合速率，而單株樹木的日固碳釋氧量則由葉面積數和單位葉面積固碳釋氧量決定。整體植物群落固碳釋氧能力的發揮除自身光合能力外，還與其中植物個體自身的葉面積、冠幅等因素相關，在群落配置時應著重考慮樹種這兩方面的特性，才能最大程度地發揮其生態效益。

［1］陳月華，廖建華，覃事妮.長沙地區19種園林植物光合特性及固碳釋氧測定［J］.中南林業科技大學學報，2012，32(10):116 －120.

［2］劉嘉君，王志剛，閻愛華，等.12種彩葉樹種光合特性及固碳釋氧功能［J］.東北林業大學學報，2011，39(9):23 －30.

［3］許大全.光合速率、光合效率與作物產量［J］.生物學通報，1999，34(8):8－10.

［4］張治安，楊福，陳展宇.菰葉片凈光合速率日變化及其與環境因子的相互關系［J］.中國農業科學，2006，29(3):502 －509.

［5］王蕾，王志，劉連友，等.城市園林植物生態功能及其評價與優化研究進展［J］.環境污染與防治，2006(1):51－54.

［6］王麗勉，胡永紅，秦俊，等.上海地區151種綠化植物固碳釋氧能力的研究［J］.華中農業大學學報，2007，26(3):399－401.