14種植物固碳釋氧與降溫增濕效應(yīng)的研究

14種植物固碳釋氧與降溫增濕效應(yīng)的研究

為了建立居民區(qū)，我們不僅要考慮植物的審美功能，還要考慮其生態(tài)效應(yīng)。園林植物具有固碳、解氧、加熱、增濕、殺菌、降噪等多種生態(tài)功能，能夠有效調(diào)節(jié)小氣候，提供合適的生活環(huán)境。不同的園林植物其固碳釋氧與降溫增濕能力差異較大,對青島市城陽區(qū)居住區(qū)主要綠化樹種進(jìn)行研究,以期為居住區(qū)綠化植物的選擇提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1試驗(yàn)區(qū)域概況青島位于山東半島南端(北緯35°35′～37°09′,東經(jīng)119°30′～121°00′)。地處北溫帶季風(fēng)區(qū)域,屬溫帶季風(fēng)氣候,夏季高溫多雨,冬季低溫干燥,年平均氣溫12.6℃,1月份最低,月平均氣溫-2℃,8月份最高,月平均氣溫25.7℃,年平均降水量700mm左右。1.2主要綠化植物種類的選擇在對青島市各居住區(qū)綠地現(xiàn)有的植物種類和生長狀況進(jìn)行調(diào)查與分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)植物的典型性和代表性,從中選出主要綠化植物(14種)做為試驗(yàn)材料(表1)。1.3測試方法1.3.1光合速率測定利用Li-6400便攜式光合測定系統(tǒng)于2007年3～5月晴朗、無風(fēng)的天氣情況下,從早6:00到晚18:00,每隔2h測定1次,每個樹種選擇5株,每株取3～5個葉片,每個葉片取3～6個瞬時光合速率值。1.3.2測定日的同化總量的測量植物的固碳釋氧量可以在光合速率測定的基礎(chǔ)上進(jìn)行。植物在測定當(dāng)日的凈同化量計算公式為:P=∑i=1j[(P(i+1)+Pi)÷2×(ti+1?ti)×3600÷1000]Ρ=∑i=1j[(Ρ(i+1)+Ρi)÷2×(ti+1-ti)×3600÷1000]。其中:P:測定日的同化總量(mmol·m-2·s-1);Pi:初測點(diǎn)的瞬時光合作用速率;Pi+1:下一測點(diǎn)的瞬時光合作用速率(μmol·m-2·s-1);ti:初測點(diǎn)的瞬時時間;ti+1:下一測點(diǎn)的時間(h);j:測試次數(shù)。測定日的同化總量換算為測定日固定CO2的量為:WCO2=p×44/1000。式中:44為CO2的摩爾質(zhì)量;WCO2為單位面積的葉片固定CO2的質(zhì)量(g·m-2·d-1)。根據(jù)光合作用的反應(yīng)方程:CO2+4H2O→CH2O+3H2O+O2,可計算出該測定日植物釋放O2的質(zhì)量為:WO2=P×32/1000。1.3.3蒸騰用量測定降溫增濕則是在蒸騰速率測定的基礎(chǔ)上進(jìn)行,各種植物在測定當(dāng)日蒸騰總量的計算公式為:E=∑i=1j[(ei+ei+1)÷2×(ti+1?ti)×3600÷1000]E=∑i=1j[(ei+ei+1)÷2×(ti+1-ti)×3600÷1000]。其中:E:測定日的蒸騰總量(mmol·m-2·s-1);ei:初測點(diǎn)的瞬時蒸騰作用速率;ei+1:下一測點(diǎn)的瞬時光蒸騰用速率(μmol·m-2·s-1);ti:初測點(diǎn)的瞬時時間;ti+1:下一測點(diǎn)的時間(h);j:測試次數(shù)。WH2O=E×18,式中18為水的摩爾質(zhì)量。設(shè)m2葉片在一天中因蒸騰作用散失水分而吸收的熱量為Q,則Q=WH2O×L×4.18。式中Q為單位葉面積每日吸收的熱量,單位為焦耳/每平方米每日(J·m-2·d-1)。L為蒸發(fā)耗熱系數(shù)(L=597-0.57×t,t為測定日的溫度)4.18為cal=4.18J。由此可計算出各植物每平方米葉片在測定日吸收熱量的值。1.3.4數(shù)據(jù)分析所有數(shù)據(jù)均采用Excel軟件進(jìn)行分析處理,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析,繪制各種圖表。2結(jié)果與分析2.1光合速率和氣孔導(dǎo)度春季大部分植物未完全展葉,因葉齡較低,生理代謝功能較弱,因此光合速率較低。一天中隨著光合有效輻射和溫度的升高,其光合速率值逐漸增大(圖1～4),第一個峰值多出現(xiàn)在10:00～12:00之間。第二個峰值多出現(xiàn)在14:00～16:00之間。中午隨著光合有效輻射增強(qiáng),多數(shù)植物出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象.這可能是由于此時大氣濕度降低,植物氣孔導(dǎo)度降低、氣孔限制值增大、胞間CO2濃度降低.光合速率和氣孔導(dǎo)度之間呈平行變化趨勢,表明光合午休現(xiàn)象可能是由于氣孔限制因子引起的。彩葉植物的光合速率比常綠植物普遍較高,其中紫葉李、紫葉桃的Pn的峰值可達(dá)到11.7μmol·m-2·s-1和10.9μmol·m-2·s-1,推測與彩葉植物中植物花色素苷的含量較多有關(guān)。喬木類植物光合速率規(guī)律較為一致,均為雙峰曲線,峰值出現(xiàn)在10:00～12:00和14:00～16:00,且第一個峰值大于第二個峰值。灌木類植物中榆葉梅的光合速率最高可達(dá)18.6μmol·m-2·s-1,金葉女貞的光合速率較低為8.1μmol·m-2·s-1。2.2固碳、釋氧能力根據(jù)LarcherW在自然CO2有效性,飽和光強(qiáng)度、最適溫度和適宜的供水條件下,亞熱帶和暖溫帶地區(qū)落葉樹陽生葉凈光合作用的平均最大值在10～25μmol·m-2·s-1之間,所測數(shù)據(jù)在此范圍之內(nèi),因此是可用的。試驗(yàn)結(jié)果表明:榆葉梅、月季、火棘固碳釋氧量較強(qiáng),固碳量分別為23.77、19.49、14.45g·m-2·d-1。釋氧量分別為17.29、14.18、11.96g·m-2·d-1。而櫻花、金葉女貞、女貞、紅楓的固碳釋氧能力較弱,其中紅楓的固碳、釋氧量分別為3.11、2.26g·m-2·d-1。榆葉梅的固碳量為紅楓的11.3倍,釋氧量為7.65倍(表2)。彩葉植物的固碳釋氧能力較常綠植物要強(qiáng)的多(圖5)。這可能與彩葉植物中花青苷的含量有關(guān)。色素在葉片中含量和分布的差異,直接影響了葉片反射光譜的能力,同時也影響了葉片對光能的吸收。因此,彩葉植物葉片的光能吸收要高于常綠樹種。在灌木中固碳、釋氧量最高的榆葉梅、丁香,固碳、釋氧量最低為12.49、9.08g·m-2·d-1。榆葉梅比固碳、釋氧能力最低的丁香高2倍;在喬木中國槐、懸鈴木的固碳釋氧能力相差不大,固碳量分別為:15.85g·m-2·d-1和15.39g·m-2·d-1,釋氧量分別為11.53g·m-2·d-1和11.19g·m-2·d-1。櫻花相對較弱,其固碳釋氧量分別為8.74g·m-2·d-1和6.34g·m-2·d-1。灌木樹種在固碳釋氧能力方面要顯著高于喬木樹種。榆葉梅的固碳釋氧量高于絳柳、國槐、女貞,在自然條件下,大氣顆粒物可能在植物葉片上形成一層物理屏障,使光能利用率降低,從而減弱光合作用。2.3新葉蒸騰作用的日變化液態(tài)的水經(jīng)過植物的蒸騰作用,由葉片的氣孔和角質(zhì)層以氣態(tài)形式散發(fā)到空氣中,并從環(huán)境中吸收熱量,降低周圍環(huán)境中的溫度,增加濕度,從而達(dá)到改善周圍環(huán)境小氣候的作用。植物之間日蒸騰吸熱量與釋水量的順序?yàn)?榆葉梅、懸鈴木、絳柳、月季、紫葉桃、火棘、丁香、紫葉李、國槐、海桐、櫻花、女貞、金葉女貞、紅楓。從表3看出榆葉梅的蒸騰吸熱量最高為7694.72kJ·m-2,日釋水總量為3182.69g·m-2,降溫度數(shù)能達(dá)到0.5099℃。最弱的是雞爪槭,蒸騰吸熱量僅有1776.17kJ·m-2,日釋水總量僅有735.27g·m-2,降溫效果只有0.1179℃。前者為后者的近5倍。彩葉植物與常綠植物的日蒸騰吸熱量與釋水量有較明顯的差別(圖8),其中紫葉桃與紫葉李要明顯高于其它植物,它們的吸收熱量分別為4399.6kJ·m-2和5043.9kJ·m-2,日釋水量分別為1817.3kJ·m-2和2088.1kJ·m-2,常綠植物中只有海桐稍高為3018.7kJ·m-2和1248.6kJ·m-2,各植物之間差異不大,推測可能與5月份各樹種新葉蒸騰作用器官未發(fā)育完善,蒸騰作用不明顯有關(guān)。喬灌木相比較,灌木中榆葉梅的蒸騰降溫增濕效果最好,喬木中懸鈴木、絳柳的數(shù)值均較高。櫻花的吸熱釋水量最低。3光合休閑活動通過對青島市居住區(qū)主要綠化樹種光合特性的研究,結(jié)果表明,主要綠化樹種的光合曲線多為雙峰曲線,峰值出現(xiàn)在10:00～12:00和14:00～16:00,多數(shù)植物中午出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象,推測與氣孔限制因子有關(guān)。彩葉植物的固碳釋