长三角乡村低碳植物群落构建技术研究

以长三角乡村地区植物群落为研究对象，根据乡和村庄绿地分类标准（《镇（乡）村绿地分类标准CJJ/T168—2011》），分析长三角乡村地区植物群落结构因子与固碳效益的关系；结合乡村常见植物群落的结构特征，对乡村植物群落固碳效益进行定量化研究，同时对现有乡村植物群落进行低碳型优化配置，为长三角乡村地区规划设计和建设工作提供理论支持和技术指导。

1.研究方法

1）测定方法

采用Ciras-2便携式光合测定仪进行单株植物光合速率的测定实验。分别在一年中春、夏、秋、冬四季进行植物的光合测定实验，为排除环境因子对植物光合速率的影响，实验选择晴朗、无风或微风天气进行，同一类型的植物在一天内测定。在自然光照下，从早7∶00至晚19∶00每2 h测1次，每次每种植物选取3株，每株选取3片南面生长、冠层中部、大小相似、外观生长正常的成长叶片，重复测定3次。

植物的叶面积指数采用LAI-2200冠层分析仪进行测定。植物的胸径、树高等指标采用胸径尺、卷尺等工具进行测定。

2）数据处理

植物的固碳效益是根据日光合速率及有效光合时间来计算的。由于雨天时的空气中，水分已达到饱和状态，植物的叶片细胞吸水膨胀，导致叶片上气孔关闭，光合作用被迫停止或极其微弱，一年四季降雨日数不同，因此植物四季的光合有效天数不同。在计算光合作用的年总量时，需扣除植物生长季中的雨天日数。连续无雨日主要是指植物生长期，日降雨量小于5 mm作为无效降雨，超过此值时作为降雨日。

通过对长三角乡村地区连续10年的气象资料进行分析，计算植物生长季中，春、夏、秋、冬、进行光合作用的有效日期。乡村绿地常见植物光合测定实验分为春、夏、秋、冬4个季节进行，根据测定结果，估算植物的年固碳效益。

3）数据分析

参照韩焕金关于单株植物（或单位绿地）的固碳量计算方法。

植物在测定当日的净同化量计算公式为

式中：

P——单位面积的日同化量，mmol·m-2；

Pi——初测点瞬时净光合速率，μmol·m-2·s-1；

Pi+1——下一测定点瞬时净光合速率，μmol·m-2·s-1；

ti——初测点时间，h；

ti+1——下一测点时间，h。

（1）植物单位叶面积固碳量的计算。根据光合作用的反应方程（CO2+4H2 O→C6 H12 O6+3H2 O+O2），可计算出植物的日固碳量，全天固定CO2量为WCO2=P×44/1 000（44为CO2的摩尔质量）。其中，WCO2 为单株植物单位叶面积日固碳量（g·m-2·d-1）。

由于实验条件限制，植物晚上的光合作用无法测定。植物晚上的暗呼吸量按白天同化量的20%计算，因此，测定日的同化总量换算为测定日固定CO2的量为：WCO2（g）=P×（1-20%）×44/1 000，式中的WCO2 为单位面积的叶片固定CO2的质量（g·m-2·d-1）。

（2）植物单位土地面积固碳量的计算

单株植物单位土地面积上的日固碳量（g·m-2·d-1）为：QCO2=LAI·WCO2。

其中，LAI为单株植物叶面积指数；QCO2 为单株植物单位土地面积面积日固碳量（g·m-2·d-1）。

（3）单株植物固碳量的计算

单株植物的日固碳释氧量（g·d-1）为MCO2=S·QCO2。(www.xing528.com)

其中，S为单株植物树冠垂直投影面积。MCO2 为单株植物日固碳量（g·d-1）。

2.长三角乡村地区高固碳植物种类筛选

1）长三角乡村地区常见植物树种固碳效益分析

结合文献中对植物固碳能力的研究及长三角乡村地区植物调研情况，筛选出用于研究的植物有香樟、广玉兰、悬铃木、意杨、大叶榉树、枫杨、枫香树、银杏、复羽叶栾树、垂柳、白玉兰、大叶朴、构树、乌桕、日本晚樱、无患子、乐昌含笑、喜树、女贞、杜英、金桂、柑橘、蚊母、碧桃、杏树、青枫、五角枫、紫薇、垂丝海棠、紫叶李、石榴、老鸦柿、石楠、杨梅、毛竹、夹竹桃、大叶栀子、蜡梅、紫荆、木芙蓉、八角金盘、洒金桃叶珊瑚、日本珊瑚树、云南黄馨、南天竹、红花檵木、结香、大叶黄杨、海桐、茶梅、毛鹃、小叶栀子、金丝桃，进行四季固碳效益的测定。

根据长三角乡村地区年降雨日平均值及植物单株植物固碳量推算出常见植物的年固碳量，如表2.19所示。

表2.19　长三角乡村地区植物高固碳树种排序表

（续表）

根据年固碳效益，将53种植物聚类为3类，如表2.20所示。

表2.20　长三角乡村地区植物群落高固碳树种推荐表

（续表）

2）长三角乡村地区常见植物固碳效益与形态指标的关系

将长三角地区植物群落中常见的53种植物的固碳量与形态指标进行pearson相关分析，如表2.21所示。结果表明，乡村常见植物的树高、冠幅面积、胸径、叶面积等指标与植物单位叶面积日固碳量无显著的相关性。根据植物光合作用机理可知，在相似环境条件下，植物单位叶面积的固碳量与植物叶片的生理结构密切相关；植物叶面积指数与单位土地面积日固碳量具有极显著的正相关（r2=0.742，p＜0.01），树种胸径与单位土地面积日固碳量也具有极显著的正相关（r2=0.624，p＜0.01），其中，叶面积指数与植物单位土地面积日固碳量的相关性最为显著。胸径与单株植物的日固碳释氧量有极显著正相关（r2=0.854，p＜0.01），树种树高单株植物的日固碳释氧量有极显著正相关（r2=0.753，p＜0.01），冠幅面积与单株植物的日固碳释氧量有极显著正相关（r2=0.861，p＜0.01），与叶面积指数有显著正相关（r2=0.413，p＜0.05），其中，冠幅面积和胸径与单株植物日固碳量相关性最为显著。

表2.21　乡村常见植物固碳效益与形态指标的相关性分析

注：**表示在0.01水平（双侧）上显著相关；*表示在0.05水平（双侧）上显著相关。

3）小结

长三角乡村地区绿地植物的胸径、冠幅面积树高及叶面积指数等形态指标对单位土地面积及单株植物固碳效益的发挥存在不同程度的影响。首先，冠幅面积、胸径对植物单位土地面积日固碳量和单株植物日固碳量都起到决定性作用；其次，在一定范围内，乔木的胸径与固碳量具有极显著正相关；再次，树种的高度与单株植物的日固碳量具有显著正相关。