重庆市城市绿地常见园林植物与群落固碳能力评估

摘要：为探究重庆市常见植物和群落固碳能力，以重庆市中心城区城市绿地为研究对象，结合便携式光合仪和植物冠层分析仪创新研究方法，在重庆园博园典型选取生长环境一致的14种植物，分别测算其四季的光合速率及叶面积，以评估其固碳能力，再推算出植物群落及重庆市中心城区城市绿地的固碳能力。结果表明：乔木层中樱花（Prunus×yedoensis）的单位面积固碳能力最强，灌木层中红花檵木（Loropetalumchinensevar.rubrum）的单位面积固碳能力最强；灌木层单位面积年平均固碳量（4.875kg·m-2·a-1）高于乔木层（4.421kg·m-2·a-1）；重庆中心城区绿地单位面积年固碳量平均为9.296kg·m-2·a-1，附属绿地最高（10.045kg·m-2·a-1）；固碳量与群落特征方面，斑块绿地密林单位面积年固碳量明显高于疏林，为疏林的1.57倍；带状绿地斑块中行道树+绿化景观带群落结构单位面积年固碳量为行道树群落结构的2.22倍。因此，在植物群落设计时，应合理植入具有高碳吸存能力的植物物种，并鼓励多层次、复合型植被结构的建设，最大程度提升植物景观美学价值和生态效益。

关键词:重庆市；植物固碳能力;群落固碳能力

随着各国工业化的持续发展，社会生产力不断飞跃，在促进社会经济蓬勃发展的同时，也带来诸多环境问题。《温室气体公报》显示，二氧化碳约占气候变暖效应的66%，2024年大气二氧化碳浓度达423.9μmol/mol，较工业化前水平（280μmol/mol）高出约51%，且2023-2024年增幅达3.5ppm，创1958年有记录以来最大值。按目前二氧化碳浓度的增长速率，若不控制排放，本世纪末全球温度上升将远超《巴黎协定》目标（较工业化前水平≤1.5-2℃）。人类活动所排放的二氧化碳约50%滞留在大气中，其余则被陆地生态系统和海洋吸收。因此，即便实现“零排放”，现有温室效应仍将持续数十年。2020年9月，中国在联合国大会宣布“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”（“双碳目标”）后，已构建“1+N”政策体系（顶层设计+分领域方案），将气候变化纳入环境影响评价，强化绿色低碳发展与生态文明建设的关联。然而，中国城市贡献CO2的排放量占全国70%以上，是碳中和的“主阵地”。在全球气候变化与快速城市化的双重挑战下，城市绿地作为城市生态系统的重要组成部分，其固碳功能日益受到重视。重庆市作为中国西部地区的超大城市，正积极探索绿色低碳转型路径，其植物及群落的固碳功能研究对提升城市生态系统服务能力和促进低碳城市发展具有重要价值。本研究以重庆市中心城区绿地为研究对象，通过筛选城市绿地高固碳植物种类，优化绿地群落结构，以实现延长固碳功能周期，提升城市绿地固碳潜力，以期为低碳城市的建设与规划提供科学依据和方法支撑。

目前，园林绿化树种与群落固碳能力的量化研究方面已积累了较多成果。美国、欧洲等国家及地区的研究起步较早，已基本完成了园林植物固碳能力基础数据的收集。在此基础上，以美国农业部林务局(USDAForestService)为首的科研机构，基于本土树种数据开发了i-TreeSpecies、国家树木效益计算器(NationalTreeBenefitCalculator,NTBC)等城市园林绿化树种固碳能力评估模型。与之相比，国内对不同地区园林绿化树种固碳能力等相关基础数据的收集与研究还未形成能广泛应用的系统性成果。目前，国内现有研究主要通过同化量法、生物量方程法以及采用国外相关软件等来量化研究不同园林绿化树种单位时间内碳汇量的差异，虽已积累了一定研究成果，但尚存在诸多局限与不足:一是在评价树种固碳能力时，不同学者采用了不同的研究方法及指标，导致不同结果的可比性较低；二是由于同种植物在不同气候条件下生长发育的规律存在差异，不同研究区域中树种的固碳能力也各不相同，国外相关软件缺乏中国植物基础数据的支持，在中国的适用性问题一直存在争议；三是不同气候带常见植物种类不同。本研究选取重庆园博园典型的14种植物，分别测算其四季的光合速率及叶面积，以评估其固碳能力，再推算出植物群落及重庆市中心城区城市绿地的固碳能力，以期为重庆市低碳园林建设提供科学依据。

1／研究区域与研究方法

1.1研究区域概况

重庆市位于中国西南部、长江上游地区，是川东平行褶皱低山丘陵谷地，属亚热带湿润季风气候，具有冬暖夏热、雨量充沛、湿润多云雾的气候特点。重庆市中心城区多年年平均气温18.3℃，年平均相对湿度多在70％～80％。年平均降水量较丰富，大部分地区在1000～1450毫米，但季节分配不均，夏多冬少，呈现雨热同季的现象。日照时间短，年日照时数1100～1200小时，日照百分率仅为25％～35％，为中国年日照最少的地区之一。多雾，年平均雾日是104天。研究区域覆盖两江新区、高新区、渝中区、沙坪坝区等区的建成区城市绿地，城市建成区面积为94700公顷，其中城市绿地面积36448公顷，占建成区面积的38.49%。区域内地带性植被为亚热带常绿阔叶林，种类丰富。其中防护绿地以自然植被为主，附属绿地和广场绿地以人工植被为主，公园绿地中除森林公园以自然植被为主外，其余以人工植被为主。近10年来，重庆市中心城区绿地率、绿化覆盖率分别增加约12%、2.7%，人均公园绿地面积增加近5平方米。可见，重庆市中心城区的整体绿化水平有了明显的改善。

1.2研究方法

1.2.1群落调查

1.2.1.1样地选择

本研究采取分层抽样法，根据《城市园林绿地分类标准》（CJJ/T85-2017），结合实际实地调查和遥感影像，根据重庆市中心城区各区版块分布选择代表性城市绿地61个（公园绿地20个、附属绿地30个、广场绿地6个、防护绿地5个），见图1。

1.2.1.2样方设置

结合实地调查和遥感影像，在样地内选择3-5个乔木样方，乔木样方大小为400平方米，边长20m×20m；其次，在距离乔木样方边缘1m内随机设置1—3个灌木样方，样方大小为5m×5m；最后，在各灌木样方内随机设置1—3个1m×1m的矩形样方。要求各层样方设置能代表各样地的地被优势物种。样方设置详见图2。 

1.2.1.3样方调查

（1）立地环境调查。详细记录每个乔木样方内生境条件、地形特征包括经纬度、海拔高度、坡度坡向、土壤类型等，记录绿地类型、群落结构、建造时间。

（2）群落特征调查。详细记录样方内群落郁闭度及植物类型、物种、数量、规格、叶面积指数（LAI）、生长势等。乔木层记录：植物种类、个体数量、高度、胸径、冠幅、冠高、冠型、生长势等；灌木层记录：植物种类、高度、基径、冠幅、生长状况等；草本层记录：植物种类、株（丛）数、高度、盖度等。

1.2.2城市绿地植物固碳能力调查分析

1.2.2.1优势植物固碳量测定与分析

（1）树种选择。通过充分调查重庆园博园植物资源，选取应用频度大于10%的植物，确保其生长环境相对一致，植株叶片茂盛，生长状况良好，无病虫害。基于此，选择8种乔木和6种灌木作为研究对象。调查记录植物名称、生活型、胸径、冠幅、株高、枝下高等信息，挂牌标示。

（2）测定指标选择

①净光合速率。根据植物光合作用原理，选取植物净光合速率日变化值计算植物日固碳量，采用CI-340便携式光合测定仪进行测定。便携式光合仪进行测量。测试于2023年12月-2025年10月，分别进行两期春夏秋冬四季试验。选择晴朗无风天气，在自然光照下，8:00-18:00每隔2h测量一次，确保每个时段植物测量顺序一致。挑选4~5株健康、无病虫害植株，分别选取植株东南西北4个方向，大小一致、成熟的叶片，每次记录4个净光合速率瞬时值取平均值。测量时将叶片铺满叶室，无相互遮盖。

②叶面积指数。采用CI-110冠层分析仪测定植株的叶面积指数（LAI）。测定时，在植株的四个不同方向分别使用仪器探杆和外接光合有效辐射设备记录一对观测值。随后，通过冠层分析仪配套的分析软件计算叶面积指数。每种植物进行3次重复测量，并取平均值作为最终结果。测定在晴朗天气的早晨或傍晚进行，此时散射辐射较低，有助于提高测定精度。在晴空条件下，需将鱼眼镜头置于遮蔽的阴影中，以避免低估LAI或高估直接辐射及散射辐射透过率的偏差。同时，为确保数据准确，测量时应将镜头朝向北方。

（3）固碳能力计算

用简单积分法求得植物叶片在单位时间内的净同化量，并对各个树种的固碳能力进行等级评价，客观反映不同树种的固碳释氧能力。

①植物单位叶面积的日同化量。假定光合有效辐射每天按10h计算。则植物日单位叶面积固碳量为：

式中，P为植物单位叶面积固碳量（g·m-2·d-1）；Pi为i测点的瞬时净光合速率（μmol·m-2·s-1）；Pi+1为i+1测点的瞬时净光合速率（μmol·m-2·s-1）；ti为i测点的测量时间；ti+1为i+1测点的测量时间；44为CO2的摩尔质量（g·mol-1）。

②植物叶片单位叶面积的日固碳量。考虑到一般植物晚上的暗呼吸消耗量约为白天日同化量的20%，植物单位叶面积的日固碳量按以下公式计算：

WCO2=P×(1-0.2)×44/1000 

式中：WCO2为植物叶片单位面积日固定二氧化碳的质量（g·m-2·d-1）。

③单位土地面积日固碳量

QCO2=LAI×WCO2    

式中：QCO2为单位面积冠幅的固碳量（g·m-2·d-1）；LAI叶面积指数。

④单株植物日固碳量

W株=S冠幅×LAI×QCO2

式中：W株为单株植物的固碳量（g/株）；S冠幅为植物冠幅面积，指某单种植物树冠的地面投影面积（㎡）。

⑤单株植物年固碳量

通过统计2020—2023年3年降雨天数，取具有光合作用的晴天200天进行单株植物年固碳量计算。

1.2.2.2城市绿地植物群落固碳量测定

调查选定样方生境、地形特征（经纬度、海拔高度等）、群落结构及植株名称，测定株高、胸径、冠幅等指标调查。利用公式计算植物群落日固碳量以及单位土地面积的植物日固碳量。

①植物群落日固碳量

式中：W样地为某植物群落全部植物固碳量总和（g）；W株i为第i种乔木或灌木单株植物固碳量（g/株）；ni为第i种乔木或灌木株数（株）；QmCO₂为第m种绿篱的单位冠幅面积固碳量（g/m2）；Sm为第m种绿篱植物种植面积（m2）；j为乔木和灌木种类数；n为绿篱种类数。

②样地单位土地面积的植物日固碳量

W单位=W样地/S样地

式中：W单位为绿地单位土地面积的植物日固碳量（g）；S样地绿地面积（m2）。

1.2.3数据处理

采用WPS统计、整理与分析数据，以Origin2018作图。

2／结果与分析

2.1主要树种固碳能力

不同种类植物的固碳能力有所区别，对所属植物群落的固碳贡献有较大差异。由于绿地内各植物群落乔木、灌木生长情况存在差异，本研究对重庆常见乔木树种在实际测量以平均胸径为准计算各树种在植物群落中实际年固碳量贡献，对常见灌木在实际测量仪以平均高度为准计算。根据调查和计算结果，不同树种在植物群落中固碳贡献不同，常见乔木单位面积固碳贡献量最高的是樱花（Prunus×yedoensis）、最低的是银杏（Ginkgobiloba）；常见灌木单位面积固碳贡献量最高的是红花檵木（Loropetalumchinensevar.rubrum），最低的是蚊母树（Distyliumracemosum）。详见图3、图4。

2.2群落固碳能力

在占地面积相同的情况下，植物群落的固碳量主要跟群落结构、类型，以及不同树种的数量及比例有关。不同树种的固碳量也有显著差异，同种植物在不同的生长环境，根据其生活力表现和生长阶段不同，其固碳量也会相应改变。在前期对重庆市中心城区绿地植物群落调查的基础上，计算各植物群落的固碳能力，核算植物群落单位面积年固碳量，并分析重庆市中心城区绿地植物群落固碳能力与植物群落结构的关系，对探讨较高固碳量植物群落模式具有重要意义。

根据调查结果，计算重庆市中心城区公园绿地、防护绿地、广场用地及附属绿地内各样地植物群落的年固碳量。经统计，重庆中心城区绿地单位面积年固碳量平均为9.296kg·m-2·a-1。不同类型样地年固碳量差异明显，其中，最高的是附属绿地10.045kg·m-2·a-1，最低的是公园绿地8.373kg·m-2·a-1，详见表1。附属绿地调查样地主要为道路路侧绿带，绿带主要以灌木绿篱为主，核算出的单位面积年固碳量最高。

比较不同绿地生活型的固碳能力，灌木层单位面积年平均固碳量（4.875kg·m-2·a-1）高于乔木层（4.421kg·m-2·a-1）。分析比较四种类型绿地得出，除公园绿地外，其余三种类型绿地均为样地内灌木单位面积年固碳量高于乔木。各样地固碳量贡献以乔木为主，乔木的类型、规格及生活力导致其绿量的差异，对群落固碳影响较大；而灌木及草本植物因其体量及叶面积指数相对小、生长期短、需要长期养护修剪等特性，减小了其在植物群落中的固碳贡献。（图5）

2.3固碳量与群落特征分析

根据实地调查，将重庆中心城区公园绿地、防护绿地、广场用地及附属绿地中的公共管理与公共服务用地等斑块状绿地分为密林（郁闭度≥30%）、疏林（郁闭度＜30%）两种群落结构统计植物群落固碳量，并进行比较分析；将附属绿地中的带状道路绿地分为行道树+绿化景观带、行道树两种群落结构。

2.3.1斑块状绿地固碳量与群落结构

郁闭度为群落垂直结构和水平结构的定量表现形式，本研究选取公园绿地为研究对象，分析绿地固碳量与群落郁闭度的相关关系。调查结果表明，公园绿地的密林单位面积年固碳量明显高于疏林，为疏林的1.57倍，详见表2和图6。

对绿地不同层级比较分析得出，密林的乔木层单位面积年固碳量明显高于疏林；而疏林的灌木层单位面积年固碳量较高于密林，图7、图8。由于草本植物因其体量及叶面积指数相对小、生长期短、需要长期养护修剪等特性，对植物群落的固碳效益影响较小，在此不做分析。

2.3.2带状绿地固碳量与群落结构

本研究选取道路绿地为研究对象，分析带状绿地固碳量与群落结构的相关关系。调查结果表明，具有绿化景观带的道路绿地群落结构单位面积年固碳量明显高于仅有行道树的群落结构，经统计，行道树+绿化景观带群落结构单位面积年固碳量为行道树群落结构的2.22倍，详见表3和图9。

3／讨论

植物自身生长状况及外界环境是影响植物碳的重要因素，植物单位冠幅投影面积日固碳量反映了叶片吸收二氧化碳的效率。本研究采用植物不同方向的叶片净光合速率，通过本文提出的推算方法均可准确得到群落及绿地尺度净光合速率。叶面积指数在尺度转换过程中为重要参数：有研究表明叶片的叶位、叶龄，以及同一叶片的不同部位的光合速率都明显不同，而且不同叶片取向或着生角度(平展和直立)也对叶片的光合速率有影响。因此，除了叶面积参数，同时引入了健康叶片，可通过这些参数，将叶片尺度净光合速率准确推算到群落尺度，与冠层模型相比，参数更加简化和容易获得。

本研究仅以园博园14中植物为例进行探讨，具有局限性。由于植物光合作用的影响因素较多，每个树种在某一时段的光合速率值为同一试验条件下的相对值，不为唯一值，植物测定无法固定为同一时间，每个时段的气候条件也存在差异，生长状态会有细微差别，部分不可避免的误差均会影响植物固碳值。今后的研究中，可扩大研究样地范围及山地城市立体生境类型，以完善不同气候环境及立地条件下的植物固碳评估体系。

4／结论

主要树种固碳功能方面，单位面积固碳贡献量较高的树种有：樱花（Prunus×yedoensis）、香樟（Camphoraofficinarum）、桂花（Osmanthusfragrans）、红花檵木（Loropetalumchinensevar.rubrum）、红叶石楠（Photinia×fraseri）及金叶女贞（Ligustrum×vicaryi）等。群落固碳功能方面，重庆中心城区绿地单位面积年固碳量平均为9.296kg·m-2·a-1，附属绿地最高（10.045kg·m-2·a-1），公园绿地最低（8.373kg·m-2·a-1）；灌木层单位面积年平均固碳量（4.875kg·m-2·a-1）高于乔木层（4.421kg·m-2·a-1）。固碳量与群落特征方面，斑块绿地密林单位面积年固碳量明显高于疏林，为疏林的1.57倍；带状绿地斑块中行道树+绿化景观带群落结构单位面积年固碳量为行道树群落结构的2.22倍。在植物群落结构方面，乔木、灌木与草地的合理搭配对固碳能力有显著影响。为了增强绿地的固碳潜力，应合理植入具有高碳吸存能力的植物物种，并鼓励多层次、复合型植被结构的建设。为应对气候变化、促进城市可持续发展做出更大贡献。

（基金项目：①重庆市工程建设标准项目《城市园林绿化碳汇计量监测与碳储量核算标准》；②重庆市城市管理科研项目《双碳背景下城市绿地空间格局特征及优化研究》（城管科字2022第17号）；③重庆市城市管理科研项目《重庆城市绿地碳足迹核算与评估》（城管科字2023第11号）；④重庆市科研院所绩效激励引导项目《基于遥感技术的城市绿地碳储量研究》；⑤重庆市城市管理科研项目《基于碳汇视角的重庆城市绿化树种研究》（城管科字2022第14号）。）

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