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(duì)青島市城陽(yáng)區(qū)居住區(qū)主要綠化樹(shù)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(duì)青島市各居住區(qū)綠地現(xiàn)有的植物種類和生長(zhǎng)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(cè)試方法1.3.1光合速率測(cè)定利用Li-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)于2007年3～5月晴朗、無(wú)風(fēng)的天氣情況下,從早6:00到晚18:00,每隔2h測(cè)定1次,每個(gè)樹(shù)種選擇5株,每株取3～5個(gè)葉片,每個(gè)葉片取3～6個(gè)瞬時(shí)光合速率值。1.3.2測(cè)定日的同化總量的測(cè)量植物的固碳釋氧量可以在光合速率測(cè)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行。植物在測(cè)定當(dāng)日的凈同化量計(jì)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(cè)定日的同化總量(mmol·m-2·s-1);Pi:初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)光合作用速率;Pi+1:下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)光合作用速率(μmol·m-2·s-1);ti:初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)時(shí)間;ti+1:下一測(cè)點(diǎn)的時(shí)間(h);j:測(cè)試次數(shù)。測(cè)定日的同化總量換算為測(cè)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(jì)算出該測(cè)定日植物釋放O2的質(zhì)量為:WO2=P×32/1000。1.3.3蒸騰用量測(cè)定降溫增濕則是在蒸騰速率測(cè)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行,各種植物在測(cè)定當(dāng)日蒸騰總量的計(jì)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(cè)定日的蒸騰總量(mmol·m-2·s-1);ei:初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)蒸騰作用速率;ei+1:下一測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)光蒸騰用速率(μmol·m-2·s-1);ti:初測(cè)點(diǎn)的瞬時(shí)時(shí)間;ti+1:下一測(cè)點(diǎn)的時(shí)間(h);j:測(cè)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(cè)定日的溫度)4.18為cal=4.18J。由此可計(jì)算出各植物每平方米葉片在測(cè)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(gè)峰值多出現(xiàn)在10:00～12:00之間。第二個(gè)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(shí)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(shì),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(cè)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(gè)峰值大于第二個(gè)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(shù)陽(yáng)生葉凈光合作用的平均最大值在10～25μmol·m-2·s-1之間,所測(cè)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(shí)也影響了葉片對(duì)光能的吸收。因此,彩葉植物葉片的光能吸收要高于常綠樹(shù)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(guó)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(duì)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(shù)種在固碳釋氧能力方面要顯著高于喬木樹(shù)種。榆葉梅的固碳釋氧量高于絳柳、國(guó)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(guò)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(guó)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?jī)H有1776.17kJ·m-2,日釋水總量?jī)H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(cè)可能與5月份各樹(shù)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(dòng)通過(guò)對(duì)青島市居住區(qū)主要綠化樹(shù)種光合特性的研究,結(jié)果表明,主要綠化樹(shù)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(cè)與氣孔限制因子有關(guān)。彩葉植物的固碳釋