ResearchonVegetationQuantityandCarbon-fixingandOxygen-releasingEffectsofFuzhouBotanicalGarden王忠君
WANGZhong-jun
摘要：选择福州植物园28种主要植物为测试对象，采用CI-100冠层分析仪直接测定植被叶面积指数，并结合林业二类
清查数据测算植物园各类植被的绿量值，利用Li-6400便携式光合测定仪进行光合生理生态指标的测定，对植物园植被的固碳释氧效应进行了量化研究。结果表明，福州植物园的植物具有较高的固碳释氧效益，对维持福州城市的碳氧平衡发挥了重要作用。
关键词：园林植物；绿量；固碳释氧；生态效益；福州植物园文章编号：1000-6664(2010)12-0001-06中图分类号：S688
文献标志码：A
收稿日期：2010-10-19；修回日期：2010-12-01
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(编号200-1240411)和“十一五”国家科技支撑计划课题(编号2006BAD07B09)共同资助
Abstract:Twenty-eightwidelyusedplantswereselectedinFuzhouBotanicalGarden.Theleafareaindices(LAI)oftheplantsweremeasuredbyCI-100plantcanopyanalyzerandvegetationquantityofbotanicalgardenwasanalyzedwithdataontheforestryresourceinventoryandmonitoring.ThephysiologicalindicesoftheplantsweretestedbyLi-6400photosynthesistestingsystem.Furthermore,thecarbon-fixingandoxygen-releasingeffectsoftheseplantswerestudied.TheresultsindicatedthattheseplantsofFuzhouBotanicalGardenhadbettercarbon-fixingandoxygen-releasingeffectsandplayedanimportantroleinbalancebetweencarbonandoxygeninurbanenvironment.Keywords:landscapeplants;vegetationquantity;carbonfixationandoxygenrelease;eco-efficiency;FuzhouBotanicalGarden
植物作为生态系统中的生产者，通过光合米。绿量概念是从生态学的能量转换利用和绿量[3]。第二种思路对于绿量测定的关键在于作用吸收CO2，释放O2，从而降低了环境中的植物茎叶的生理功能这一基本点出发的，通过以一个快速的精确定量方法去获得植物的叶CO2浓度，补充了环境中O2，这一作用是其他生对茎叶体积的计量，来揭示绿色三维体积(或叶面积，叶面积的测定方法主要有直接法和间接物所不能替代的。绿色植物发挥固碳释氧作用面积指数)与植物生态功能水平的相关性[2]，进法。如陈自新等采用直接法对北京60~80种的大小，中心问题是如何发挥植物的光合效能，而来说明植物功能乃至绿地功能的生态效主要园林植物及其人工群落进行生态功能性而植物进行光合作用的有效部位是叶片[1]，因益。绿量概念的提出及其测算方法的研究代和生态适应性的系列化研究，通过大量的实地此，对于城市绿地固碳释氧能力的研究归根结表着精确地定量化研究绿地生态效益的新方测量，根据不同植物个体的叶面积与胸径，冠底在于研究植物的光合能力和绿量大小。本向。绿量值的取得，可以使我们较精确地定量高或冠径的相关关系，建立了计算不同植株个研究旨在探寻更加便捷有效的城市绿地绿量估算城市绿地的生态效益，分析现有植被群落体绿量的回归模型[4]。这2种方法测算绿量的测量方法，更加准确地定量评估城市绿地的生结构、布局的合理性，为指导城市绿地建设提准确度高，但是建立数据库的前期工作量较态效益。
供重要的技术性依据。在探索植物园绿量合大，操作不便[5]。
理计算方面，主要有2种思路，一种是计算绿色1国内外相关研究进展
三维体积，另一种方法是计算叶面积指数。采2研究材料与方法
近年来的园林生态学研究表明，绿地的固取第一种思路的研究较多，多运用遥感技术，2.1研究区概况
碳释氧效应与描述植被三维空间结构的新指采用以“平面量模拟立体量”的方法，首先判读福州植物园位于福州市晋安区，是福州市标——“绿量”最具实质性关联，“绿量”又称三和测定树种、覆盖面积、株数、结构类型等特城市居民度假、休闲、康乐、观光的一处主要活维绿色生物量，指所有生长中植物茎叶所占据征，再由计算机模拟测算冠径、冠高，通过回归动场所，其前身是建于1959年的福州树木园，的空间面积或体积，单位一般用平方米或立方
分析建立相关方程，最后求得的树冠体积，即
1993年经林业部批准建为福州国家森林公园，
中国园林ChineseLandscapeArchitecture01
Evaluation榔(Archontophoenixalexandrae)、苏铁、四
1-10
·s川苏铁(Cycasszechuanensis)、叉叶苏铁2-mlo·m5
(C.micholitzii)、异叶南洋杉(Araucariaμ/率heterophylla)、马尾松、罗汉松(Podocarpus速合0
光macrophyllus)、水松(Glyptostrobus净0
4：00
10：0015：00
19：3523：00
-5
pensilis)、油杉(Keteleeriafortune)、火力楠、图1植物光合作用日变化
深山含笑(Micheliamaudiae)、木荷、芒果(Mangiferaindica)、红花羊蹄甲(Bauhiniablakeana)、樟树、荔枝、毛竹等28种植物作为
2006年经福建省编制委员会的批准增挂“福州测量对象。这28种植物在公园种植面积最植物园”的牌子，公园总面积2891.3hm2，距福大、分布最广，是福州植物园绿化的骨干植州市中心7km，城市公交可直达园内主要游览物。
区，外部交通条件较好。
2.3研究方法
福州植物园植被区系属亚热带常绿阔叶2.3.1植物园绿量的测定
林区域、南亚热带季风常绿阔叶林地带。现有本研究采用叶面积指数乘以植被水平分植被以人工针、阔叶林为主，公园绿化的乔木布面积的做法来进行植物园绿量的测算。
树种主要以马尾松(Pinusmassoniana)、木荷植物水平分布情况可采用遥感图像解析(Schimasuperba)为主，其次有杉木或林相分布图确定，本研究中福州植物园的植(Cunninghamialanceolata)、油杉
被水平分布情况采用的是2008年植物园林业(Keteleeriafortunei)、福建柏(Fokienia二类清查资料中28种骨干植物的占地面积数hodginsii)、湿地松(Pinuselliottii)、樟树据。采用便携式的CI-100冠层分析仪直接测(Cinnamomumcamphora)、火力楠
定植物园各类植被的叶面积指数，CI-100冠(Micheliamacclurei)、柠檬桉(Eucalyptus层分析仪是一种半球形传感器，它通过鱼眼成citriodora)等，另有毛竹(Phyllostachys像信息采集器，可迅速获取2p空间①
的植被冠
pubescens)和荔枝(Litchichinensis)等。林层结构信息，用户可根据植物类型等因素自行下植被主要有桃金娘(Rhodomyrtus定义天顶角及方位角的分割系数，然后利用空tomentosa)、杜鹃花(Rhododendronsimsii)、隙度函数反演推算叶面积指数。此类仪器非乌饭树(Vacciniumbracteatum)、冬青(Ilex常适用于生长均匀的作物及森林的冠层结构chinensis)、山矾(Symplocossumuntia)、芒萁的测定，对于孤植树、混交群落需分别测量各(Dicranopterisdichotoma)等。植物园经过物种的叶面积指数并确定各物种的水平分布50余年的引种驯化，种植了南洋杉面积，才能确定具体绿量。(Araucariacunninghamii)、山茶花(Camellia2.3.2主要植物的光合能力测定
japonica)、苏铁(Cycasrevoluta)、棕榈科等植本研究采用Li-6400光合测定仪对福州物，共有植物131科546属1703种。公园森植物园主要植物种类的光合作用进行了测林覆盖率达72％。
量。净同化量(P)的计算是昼净光合量(Pd)减2.2试验材料
去夜间暗呼吸量(Pn)的差值。在植物光合作用在对福州植物园植被进行全面调查的基的日变化曲线中，其净同化量是由净光合速率础上，确定榕树(Ficusmicrocarpus)、小叶榕曲线和时间横轴围合的面积(图1)。
(F.microcarpvar.pusillifolia)、大果榕(F.设日净同化量为P，利用简单积分法，各种auricularta)、垂榕(F.benjamina)、高山榕(F.植物日净同化量计算公式为：
altissima)、黄葛树(F.virens)、印度橡皮树(F.elastic)、棕榈(Trachycarpusfortune)、华盛顿式中：pi为初测点的瞬时光合作用速率；pi+１棕榈(Washingtoniafilifera)、蒲葵(livistona为下一测点的瞬时光合作用速率；tｉ为初测点chinensis)、短穗鱼尾葵(Caryotamitis)、假槟
的测试时间；tｉ+１为下一测点的时间，单位：小
①2p空间指冠层分析仪平置时水平面之上的全部空间。
02中国园林ChineseLandscapeArchitecture
时(h)；3600指每小时3600秒，1000指1mmol为1000μmol。
根据光合作用的反应方程(CO2+4H2O→CH2O+3H2O+O2)和CO2分子量44g·mol-1、O2分子量32g·mol-1可计算出每种植物的日固碳释氧量，全天固定CO2量为WCO2=P×44/1000(44为CO2的摩尔质量)，放氧量为WO2=P×32/1000(32为O2的摩尔质量)，用每种植物的日释氧固碳量乘以该种或该类植物的叶面积指数，即可计算出单位立地面积(m2)该树种的日释氧固碳量。光合作用是一个复杂的过程，并非所有的光合作用所吸收的CO2都被固定，光呼吸的存在消耗了其中一部分。一般认为植物在光呼吸过程中消耗光合作用固定的CO2的20%~50%。因此上述释氧固碳量公式还应乘以一个光呼吸影响系数，本文计算取中值0.7。
3结果与分析
3.1植物园绿量的测算与分析
本研究中采用冠层仪对福州植物园中各类植物的典型群落进行植物叶面积指数的测量，不同季节的测量结果如表1所示。
通过不同季节的植物叶面积指数测量发现，常绿植物在不同的生长期，叶面积变化并不显著。荔枝、樟树、火力楠、木荷等阔叶林的叶面积指数＞木荷×马尾松混交林＞罗汉松、异叶南洋杉、水松、马尾松等针叶林的叶面积。本研究结合植物园林业资源二类清查的林分结构及林地面积与物种叶面积指数计算了植物园各林型植被的实际绿量值，总绿量值为各物种绿量值之和，福州植物园的总绿量值约为1100万m2。
3.2植物园的固碳释氧效益分析
对植物进行光合作用测定时发现，福州植物园的多数植物在夏季中午光照充足时，全光下的光合速率明显下降，呈现出光合进程的双峰曲线。在秋季光照强度较弱一些时，一些植物呈光合单峰曲线，表明一些植物光合作用最适光照强度要比晴朗夏日中午日照小得多，如公园内芒果和短穗鱼尾葵、棕榈、华盛顿棕等棕榈科的一些植物。
同一种植物在不同季节的光合能力和固碳释氧量存在显著差异。夏季时，福州植物园
单位叶面积①日释氧量大于10g的植物有苏铁、异叶南洋杉、假槟榔、油杉、蒲葵，单位叶面积日释氧量在5~10g之间的植物有深山含笑、短穗鱼尾葵、四川苏铁、棕榈、芒果、叉叶苏铁、华盛顿棕、火力楠、马尾松、罗汉松、榕树、小叶榕、水松、黄葛树、印度橡皮树、大果榕、毛竹、红花羊蹄甲、木荷、樟树、荔枝、高山榕，单位叶面积日释氧量小于5g的植物只有垂榕；秋季时，植物的光合能力普遍降低，单位叶面积日释氧量大于5g的植物有木荷、四川苏铁、榕树和黄葛树，其余的植物单位叶面积日释氧量均小于5g。从植物的整个生长季来看，固碳释氧量排列顺序为苏铁＞四川苏铁＞异叶南洋杉＞榕树＞蒲葵＞木荷＞棕榈＞华盛顿棕榈＞叉叶苏铁＞芒果＞短穗鱼尾葵＞深山含笑＞马尾松＞罗汉松＞火力楠＞黄葛树＞小叶榕＞印度橡皮树＞红花羊蹄甲＞大果榕＞高山榕＞樟树＞荔枝＞毛竹＞垂榕，苏铁、异叶南洋杉、榕树等植物单位叶面积的年固碳释氧能力为毛竹、垂榕等植物固碳释氧能力的3倍。
不同类型的植物材料，单位叶面积的光合净同化量是不同的，同一种植物在不同的生长季节，其单位叶面积的光合净同化量也是不同的。棕榈科、苏铁科的植物在夏季光合能力强，但在秋季较弱；而桑科榕属的榕树、小叶榕、高山榕、黄葛树、垂榕等植物在秋季光合能力较强，植物园分布最广、绿量最大的骨干树种——木荷在秋季的光合能力甚至强于夏季。造成这种情况的原因还可能是这些植物对当地夏季的高温反应敏感，因为过高的温度很容易破坏植物的光合和呼吸作用的平衡，从而降低植物的光合能力。总体来看，夏季植物生长旺盛，植物的光合作用强，光合净同化量较秋季生长缓慢时要大，表明福州植物园植物在夏季时的固碳释氧量大于秋季，榕属的大多数植物虽然在秋季光合能力较强，但秋季的日固碳释氧量还是小于夏季。公园的主要树种木荷、马尾松在秋季时固碳释氧能力依旧很强，证明植物园在秋季依旧有较大的固碳释氧量，这对维护福州地区的碳氧平衡具有重要作用。
由于实验测定的28种植物是植物园的主体植物材料，这些植被构成的植物群落占植物园植物总量92.9%，因此根据测得的植物园植物日光合净同化量及各类植物的绿量值，可对植物园的总固碳释氧量进行估算。福州市无明显冬季，夏季为每年5—10月，春秋两季气候相似，可以依秋季的植物光合情况计算春秋两季的植物的光合净同化量。计算植被年固碳释氧能力时，还要减去全年的绿期中降雨天数，因为雨天时，环境中的水分达到饱和状态，植物叶片细胞吸水膨胀，导致叶片上的气孔关闭，因而光合作用被迫停止或极其微弱，因此计算光合作用的年总量时需要扣除植物生长季的雨天日数。福州市年降雨天数为153d，主要在5、6月份，估算植物园年固碳释氧量时，降雨天数按夏季80d、春秋两季73d计算。经估算，福州植物园平均每天固碳量约157.43t、释放氧气142.87t，年固碳量约1.6万t、释放
①本文中的单位叶面积指每平方米。
表1福州植物园各林型植被不同季节叶面积指数林型
叶面积指数夏季
秋季林型
叶面积指数夏季
秋季林型叶面积指数夏季秋季印度橡皮树林2.802.66木荷马尾2.09
2.10华盛顿棕1.781.83松混交林樟树林2.361.99芒果2.071.87罗汉松林1.761.78高山榕林2.352.15蒲葵2.051.91异叶南洋杉林1.76
1.76荔枝林2.312.27杂木林2.041.97棕榈1.511.34短穗鱼尾葵2.312.12黄葛树2.031.87水松林1.48―四川苏铁2.272.31榕树林1.982.12叉叶苏铁1.461.43火力楠林2.182.09垂榕1.971.98小叶榕1.391.52木荷林2.172.38深山含笑1.92
1.47马尾松林1.391.42油杉林2.142.11毛竹林1.851.83红花羊蹄甲1.361.36苏铁
2.11
2.19
大果榕
1.81
1.76
假槟榔
0.74
0.68
表2福州植物园主要树种夏季的光合效益及日固碳释氧能力
单位叶面积
总绿量植物名称固碳量总绿量总净同化量总固碳量
总释氧量
/m2
/(Mol·d-1)
/(kg·d-1)/(kg·d-1)
垂榕d放氧量叶面积指
/(g·m-2·-1)/(g·m-2·d-1)
数4.944.491.972069290.5410.229.29高山榕6.886.252.352750537.1118.9217.18荔枝6.946.312.3142875984555.582975.592705.47樟树7.036.392.3621900843735.901539.631399.46木荷7.286.622.1756387881165819.50
41050.3837328.78红花羊蹄甲7.466.781.36164423485.62122.66111.48毛竹7.576.881.85915676
196888.65
6931.67
6299.85
大果榕7.616.921.81724156.465.515.01印度橡皮树7.797.082.802380526.8118.5416.85黄葛树7.847.122.033329741.0526.1023.70水松8.127.381.48169313906.03137.48124.95小叶榕8.147.401.391863430.8415.1613.78榕树9.238.391.982554669.4323.5821.43罗汉松9.348.491.76285827584.05266.96242.66马尾松9.588.641.392923962
789849.9428011.56
25263.03
火力楠9.598.712.1861481673.6258.9653.55华盛顿棕10.359.401.782243659.1123.2121.08叉叶苏铁10.369.421.461226360.9912.7111.55芒果10.629.652.07476143.645.064.59棕榈10.689.711.518072524491.04862.14783.84四川苏铁10.719.732.2777182347.6682.6675.10短穗鱼尾葵10.779.792.31239097316.00257.49234.06深山含笑10.989.981.92130184061.36142.93129.92蒲葵11.9410.852.05129974407.15155.18141.02油杉12.5711.432.146619023644.46832.01756.55假槟榔13.1211.920.74187296978.20245.73223.25异叶南洋杉14.0312.761.76172666883.10242.24220.31苏铁14.47
13.15
2.11
158256502.97228.99208.10共计
10970287
2388646.84
84303.25
76445.86
中国园林ChineseLandscapeArchitecture03
表3
福州植物园主要树种秋季的光合效益及日固碳释氧能力
单位叶面积
总绿量
植物名称固碳量·d放氧量叶面积总绿量/m2
总净同化量总固碳量
总释氧量
/(g·m-2-1)/(g·m-2/(Mol·d-1)
/(kg·d-1)
/(kg·d-1)
深山含笑3.463.14·d-1)指数
1.479967978.9634.4931.30毛竹3.743.401.8390577796220.693387.613079.64火力楠3.743.402.095894
626.2422.0420.04短穗鱼尾葵3.843.492.12219422393.6584.2676.58蒲葵3.903.551.91121091342.1647.2342.99异叶南洋杉4.153.781.87183452165.0876.1369.34芒果4.163.781.8743050.851.791.63苏铁4.333.942.19164252021.9271.1264.71棕榈4.353.951.34716368844.18311.62282.96马尾松4.474.061.422987070
379089.05
13352.20
12127.50
叉叶苏铁4.534.121.431201154.635.444.95大果榕4.544.131.7670490.863.202.91罗汉松4.644.211.92311814105.29144.68131.27华盛顿棕4.644.221.832306304.1610.709.73荔枝4.674.252.2742133555932.221967.631790.67
印度橡皮树4.684.262.662261300.8510.589.63樟树4.754.321.9918467224901.17877.19797.78红花羊蹄甲4.854.411.36176512434.0785.6177.84垂榕4.894.441.962058285.7710.069.14高山榕4.924.482.152516351.8912.3811.27小叶榕5.114.641.522037295.4910.419.45黄葛树5.454.951.873067474.7116.7215.18榕树7.086.432.122735549.9319.3617.59四川苏铁7.646.952.3178541704.9560.0054.59木荷8.49
7.71
2.38
61844781490830.2752506.2247682.33共计
10915651
2076449.03
73128.66
66421.02
注：杂木及其他林分只占森林总量的7.1%，对植物园整体生态效益的影响比重较小，因此在计算绿量时未列入总量。
氧气1.4万t(表2、3)。绿量最大的骨干树种——木荷在秋季的固碳释氧能力强于夏季。
4结论与讨论
在植物园规划建设时，可以考虑在人群活4.1结论
动较密集的区域以及森林氧吧、森林浴场等旅植物园中阔叶林的绿量最高，其次是针阔游活动场所选用释氧能力强的植物材料，一方混交林，针叶林与毛竹林的绿量相对较小，木面这些植物光合净同化量大、固碳释氧能力荷林对福州植物园绿量贡献最大。不同树种强，可在一定程度上起到平衡局部环境空气成单位叶面积的固碳释氧能力不同，对植物园28分的作用；另一方面，由于植物材料的多样，可种主要绿化植物的测定表明，固碳释氧能力由以丰富景观、美化环境，增强森林游憩场所的高到低的排列顺序为苏铁、四川苏铁、异叶南旅游吸引力。
洋杉、榕树、蒲葵、木荷、棕榈、华盛顿棕榈、叉福州植物园平均每天固碳量约157.43t、叶苏铁、芒果、短穗鱼尾葵、深山含笑、马尾松、释放氧气142.87t，年固碳量约1.6万t、释放氧罗汉松、火力楠、黄葛树、小叶榕、印度橡皮树、气1.4万t。福州植物园的植被通过光合作用红花羊蹄甲、大果榕、高山榕、樟树、荔枝、毛释氧固碳的功能，在福州市城市碳氧平衡总量竹、垂榕；同一种植物在不同的生长季节的固调节和改善城区空气质量上发挥了重要作用，碳释氧能力不同，棕榈科、苏铁科植物在夏季是福州市名副其实的“城市绿肺”。
固碳释氧能力强，但在秋季较弱；而桑科榕属4.2讨论
的榕树、小叶榕、高山榕、黄葛树、垂榕等植物本研究确定物种绿量值的方法充分借助在秋季固碳释氧能力较强，植物园分布最广、
已有的最新林业或园林部门调查数据确定植
04中国园林ChineseLandscapeArchitecture
物水平分布情况，即在现在的绿地率的基础上，借助简便操作的冠层分析仪或叶面积仪，就能比较准确地确定城市绿地的植物绿量值，其操作方法简单、便捷，便于确定城市绿化效果评估中的绿量指标。
国外目前对单种植物或植物小群落的固碳释氧能力的研究较多，但对于较大范围、多物种构成的绿地的固碳释氧分析也多为估算值，缺乏精准的测量方法[6-7]。本文基于多物种的光合能力测定去评估整个植物园园区的植物固碳释氧效应，数据更为精准可靠。如果能分地域建立起地带性植物物种不同季节日光合曲线数据库，对于各地区定量评价城市绿地植物的固碳释氧等生态效益将更加科学准确。
参考文献：
[1]刘立民，刘明.绿量：城市绿化评估的新概念[J].中国园林，2000，16(5)：32-34.
[2]周坚华.城市生存环境绿色量值群的研究：绿化三维量及其应用研究[J].中国园林，1998，14(5)：79.[3]黄晓鸾，张国强，贾建中.城市生存环境绿色量值群的研究[J].中国园林，1998，14(6)：45-48.[4]陈自新，苏雪痕，刘少宗，等.北京城市园林绿化生态效益的研究(3)[J].中国园林，1998，14(3)：53-56.
[5]张卫军，秦俊，胡永红，等.上海园林植物生态功能评价：以上海绿色建筑环境绿化植物为例[J].东北林业大学学报，2007，35(1)：73-75.
[6]GregoryE,PhersonM,RowntreeRA.Energyconservationpotentialofurbantreeplanning[J].JournalofArboriculture,1993,19(6):321-331.
[7]GómezF,TamaritN,JabaloyesJ.Greenzones,bioclimaticstudiesandhumancomfortinthefuturedevelopmentofurbanplanning[J].LandscapeandUrbanPlanning,2001,55:151-161.
(编辑/金花)
作者简介：
王忠君/1974年生/男/博士/北京林业大学园林学院讲师/研究方向为生态旅游(北京100083)
ResearchonVegetationQuantityandCarbon-fixingandOxygen-releasingEffectsofFuzhouBotanicalGarden
WANGZhong-jun
Thecentralquestionofthegreenplants'carbon-fixingandoxygen-releasingeffectsishowtoplaythephotosyntheticefficiencyofplants.Theissueofanalyzingthegreenplants'carbon-fixingandoxygen-releasingeffectsistostudythephotosyntheticcapacityofplantsandvegetationquantity.Thisstudyaimstoexploreamoreconvenientandeffectivemeasurementofvegetationquantity,andmoreaccuratequantitativeassessmentoftheecologicalbenefitsforurbangreenspace.
1DomesticandForeignRelatedResearchDevelopment
Botanicalgardenecologyresearchinrecentyearsindicatedthatthegreenspacecarbon-fixingandoxygen-releasingeffectshavesubstantiveconnectionwithnewtheindicator—\"theVegetationQuantity\usedtodescribethethree-dimensionalspatialstructureofvegetation.\"TheVegetationQuantity\"isalsocalledthethree-dimensionalgreenbiomass,referredtothespatialareaorthevolumeofallplants'stemandleafoccupationingrowth,usuallywithsquareorcubicunits.Thevegetationquantityrevealedthecorrelationbetweenthegreenthree-dimensionalvolume(orleafareaindex)andtheecologicalfunctionlevel,thusexplainingtheplantfunctionandeventheecologicalbenefitofgreenspace［2］.Thevegetationquantityprovidedanimportanttechnicalbasisforguidingtheconstructionofurbangreenspace.Toexploreareasonableamountofbotanicalgarden'svegetationquantity,therearetwomainideas:oneisthecalculationofthree-dimensionalvolumeofgreen,andtheotheristocalculatetheleafareaindex.Moststudieshavetakenthefirstidea,usingtheremotesensingtechnology,adoptinga\"three-dimensionalgraphicsimulationoftheamountofcapacity\"approach.First,typicalcharacteristicswereinterpretedsuchasspecies,coverage,numberoftrees,structureandsoon.Secondly,crowndiameterandcrownheightwerecalculatedbycomputersimulation,andfurthermorecorrelationequationwasestablishedbyregressionanalysis.Finally,thecrownvolumewasobtained,thatis,thevegetationquantity[3].Thekeyofthesecondapproachwastoobtainrapidlytheaccurateleafareaofplants,includingthedirectandindirectmethod.Forexample,ChenZixinusedthedirectmethodtostudytheseriesofecologicalfunctionandadaptabilityof60~80speciesinBeijing'smaingardenplantsandtheirartificialcommunities.Byalargenumberoffieldmeasurements,dependingontheindividualplantleafareaanddiameteratbreastheight,crownheightorcrowndiameterrelationship,eventually,regressionmodelofcalculatingdifferentplants'vegetationquantitywasestablished[4].Althoughthesetwoapproachesmeasuredthevegetationquantityaccurately,thepreliminaryworktoestablishadatabasewasdifficulttoachieve[5].
2MaterialsandMethods
2.1Introductionofthestudyobject
FuzhouBotanicalGardenflorabelongstothesubtropicalevergreenbroadleafforestzoneandsubtropicalmonsoonevergreenbroad-leavedforestzone.Thevegetationisdominatedbyartificialconiferousandbroadleafforest.Thegardenforestcoveragerateisabout72%.2.2Testmaterials
OnthebasisofacomprehensiveinvestigationaboutthevegetationintheGarden,28speciesofplantswereselectedasthemeasurementobjects.These28speciesareonthelargestacreage,mostwidelydistributed,andalsoarethebackboneofgreenplantmaterialsintheGarden.
2.3Researchmethods
2.3.1TheMeasurementofVegetationQuantity
Inthisstudy,thelevelofvegetationleafareaindexwasmultipliedbythedistributionareaofthepracticetomeasuretheamountofthebotanicalgardenvegetationquantity.Thedistributionofplantlevelcanbedeterminedbyremote-sensingimageanalysisorforestdistributionimage.Theleveldistributionofvegetationadoptedtheareadataof28mainspeciesintheforestryresourceinventoryandmonitorofvegetationinthesecondcategoryin2008.TheportableCI-100PlantCanopyAnalyzerwasusedtodirectlydeterminetheleafareaindex.
2.3.2Measurementofthephotosyntheticcapacityofmainplants
ThephotosynthesisonthemainplantspecieswasmeasuredbyusingLi-6400portablephotosynthesissystemintheGarden.Netassimilation(P)(μmol·m-2·s-1)wasacommonlyusedcalculationthroughnetphotosyntheticcapacityday(Pd)minustheamountofdarkrespirationatnight(Pn).Accordingtothereactionequationofphotosynthes(CO2+4H2O→CH2O+3H2O+O2)andtheweightofCO2as44g·mol-1,theweightofO2as32g·mol-1,thecarbon-fixingandoxygen-releasingperdayofeachplantwerecalculated.ThevolumeofCO2fixingatdaywasWCO2=P×44/1000(44forthemolarmassofcarbondioxide);thevolumeofreleasingoxygenwasWO2=P×32/1000(32forthemolarmassofoxygen).Thecarbon-fixingandoxygen-releasingforonedaymultipliedbyleafareaindexofthespeciesortypesofplantsmadethecalculationoftheamountofcarbon-fixingandoxygen-releasingintheunitsitearea(m2
).Photosynthesisisacomplexprocess,andnotalltheCO2absorbedbyphotosynthesiswasfixed,whilethepresenceofphotorespirationconsumedpartofit.Itisgenerallybelievedthattheprocessofplantrespirationatlight(includingtheamountofdarkrespiration)photosynthesisconsumed20%-50%offixedCO2.Inthisresearch,photosynthesiscoefficientisn=0.7.
3ResultsandAnalysis
3.1MeasurementandanalysisofvegetationquantityintheGarden
TheleafareaindexwassurveyeddirectlybyusingPlantCanopyAnalyzertomeasuretypicalplantcommunitiesinvarioustypesinFuzhouBotanicalGarden.
Onthebasisoftheplantleafareaindexmeasurementsindifferentseasons,itisdiscoveredthatleafareachangeofevergreenplantsindifferentgrowthphasewasnotsignificant.Theleafareaindexofbroad-leavedforestsuchasLitchichinensis,Cinnamomumcamphora,Micheliamacclurei,SchimasuperbwashigherthanthatofmixedforestsuchasSchimasuperba×PinusmassonianawhichwashigherthanthatofconiferousforestsuchasPodocarpusmacrophyllus,Araucariaheterophylla,Glyptostrobuspensilis,Pinusmassonianaandsoon.Thisstudycombinedtheforeststructure,areaandleafareaindexofspeciesinthesecond-classforestresourceinventoryintheGardentogethertocalculatetheactualvegetationquantityforalltypesofforest.Asthesumofvegetationquantityofallspecies,thetotalamountofvegetationquantityintheGardenapproximatelyreaches1100millionm2.
3.2Benefitanalysisofcarbon-fixingandoxygen-releasingintheGarden
Bymeasuringthephotosynthesisofplants,itwasfoundthatthephotosyntheticrateofmostplantsintheGardendecreasedsignificantlyinthefulllightofsummer,showingabimodalcurveofphotosynthesisprocess.Forsomeplants,asinglepeakofphotosynthesisprocessshowed
中国园林ChineseLandscapeArchitecture05
inweaklightofthefall,whichindicatedthatthesuitableoptimumlightintensityofplantphotosynthesiswasmuchsmallerthanthatofasunnysummerafternoon,suchasMangiferaindica,Caryotamitis,Trachycarpusfortunei,andWashingtoniafilifera.
The
capacity
of
photosynthesis
and
amount
of
carbon-fixing
and
oxygenreleasingweresignificantlydifferentforthesameplantindifferentseasons.DuringthesummerintheGarden,theleafareaoxygen-releasingonedayforeachunitofsomeplants,includingCycasrevolute,Araucariaheterophylla,Archontophoenixalexandrae,Keteleeriafortune,andLivistonachinensis,wasmorethan10g.Thatofsomeplants,includingMicheliamaudiae,Caryotamitis,
Cycasszechuanensis,Trachycarpusfortune,
Mangiferaindica,Cycasmicholitzii,Washingtoniafilifera,Micheliamacclurei,Pinusmassoniana,
Podocarpusmacrophyllus,
Ficusmicrocarpus,F.microcarpvar.
pusillifolia,Glyptostrobuspensilis,
Ficus,
F.elastic,
F.auricularta,Phyllostachyspubescens,Bauhiniablakeana,Schimasuperba,Cinnamomumcamphora,Litchichinensis,andFicusaltissimawasbetween5gand10g;andthatofFicusbenjaminawasbelow5g.Inautumn,theplant'sphotosyntheticcapacitygenerallydecreased,theplantswithmorethan5goxygenreleasingforeachunitwereSchimasuperba,Cycasszechuanensis,FicusmicrocarpusandFicus,andthatoftherestlessthan5g.Fromthepointviewofthewholegrowthperiodofplants,thesequenceforthecapacityofcarbon-fixingandoxygen-releasingwasasfollows:
Cycasrevoluta>C.szechuanensis>Araucariaheterophylla>Ficusmicrocarpus>Livistonachinensis>Schimasuperba>Trachycarpusfortune>Washingtoniafilifera>Cycasmicholitzii>Mangiferaindica>Caryotamitis>Micheliamaudiae>Pinusmassoniana>Podocarpusmacrophyllus>
Micheliamacclurei>Ficus>F.microcarpvar.
pusillifolia>F.elastica>Bauhiniablakeana>Ficusauricularta>F.altissima>Cinnamomumcamphora>Litchichinensis>Phyllostachyspubescens>Ficusbenjamina.Cycasrevolute,Araucariaheterophylla,Ficusmicrocarpuswere3timesofPhyllostachyspubescens,Ficusbenjaminaintheunitleafareacapacityofcarbon-fixingandoxygen-releasing.
Fordifferenttypesofplantmaterials,thenetphotosyntheticassimilationwasdifferent.Forthesameplantindifferentgrowthseasons,thenetassimilationwasdifferent.
ThephotosynthesiscapacityofPalmaeand
Cycasrevolutawerestronginsummer,butweakinautumn;butforgenusficusplantssuchasFicusmicrocarpus,F.microcarpvar.pusillifolia,F.altissima,Ficus,andF.benjamin,thephotosyntheticcapacitywasstronginautumn.ForSchimasuperba,themostwidelydistributedandbackboneinbotanicalgardens,itsphotosyntheticcapacitywasevenstrongerinautumnthaninsummer.
Thereasonforthissituationisthattheseplantsmayalso
besensitivetothelocalsummerheatbecauseofthehightemperaturewhichcaneasilydamagethebalanceofphotosynthesisandrespirationofplants.Overall,withwellgrowthandhighphotosynthesisinsummer,thephotosyntheticnetassimilationofplantsislargerthanthatinautumnwhileplants
growing
slowly,
which
indicates
that
the
carbon-fixing
and
oxygen-releasingwasmoreefficientinsummerthaninautumninFuzhouBotanicalGarden.ForFicusplants,althoughtheirphotosyntheticcapacityisstronginautumn,theamountofcarbon-fixingandoxygen-releasingforonedayislessthanthatinsummer.Forthemainspeciesinthegarden,such
as
SchimasuperbaandPinusmassoniana,thecapacityof
carbon-fixingandoxygen-releasingisstillverystronginautumn,provingthattheGardeninautumnstillhasagreatcapacityofcarbon-fixingandoxygen-releasing,whichplaysanimportantroleinmaintainingthebalancebetweencarbonandoxygeninFuzhouregion.
Duetothefactthattheselected28speciesarethemainplantmaterialsintheGarden,92.9%oftotalplantsoftheGarden,andaccordingtothemeasureddaynetassimilationofgreenplantsandallkindsofvegetationquantity,thetotalamountofcarbon-fixingandoxygen-releasingwasestimated.Theestimatedaveragedailyamountofcarbon-fixingintheGardenisabout157.43tonsandtheoxygenreleasing142.87tons,annualyieldforcarbonfixingisabout1.6milliontons,andtheoxygen-releasingabout14thousandtons.
06中国园林ChineseLandscapeArchitecture
4ConclusionandDiscussion
4.1Conclusion
Broad-leavedforesthadthehighestamountofvegetationquantity,followedbyconiferousforest,coniferousandbambooforest.SchimasuperbacontributeshighesttoFuzhouBotanicalGarden.Differenttreespecieshaddifferentcarbon-fixingandoxygen-releasingcapacityforperunitleafarea.Bymeasuring28speciesofplantsintheGarden,thesequenceofthecapacityofcarbon-fixingandoxygen-releasingwasidentified.Thesameplantindifferentgrowingseasonshadthedifferentcapacityofcarbon-fixingandoxygen-releasing.
Fortheplanandconstructionofbotanicalgardens,strongoxygen-releasingplantmaterialsshouldbeconsideredinintensivehumanactivitiesareaandtheforestoxygenbar,beachandothertouristplaces.Onereasonisthatthelargenetphotosyntheticassimilationabilityandstrongcarbonsequestrationandoxygenreleasingcapacityplaytheroleofbalancingairandlocalenvironmenttosomeextent.Theotherreasonisthatthediversityofplantscanenrichlandscapeandenhanceforestrecreationsitesintourismappeal.
FuzhouBotanicalGardendiurnalaverageamountofcarbon-fixingisabout157.43tons,andthatofoxygen-releasingisabout142.87tons,whiletheannualamountsareabout16000tonsand14000tonsrespectively.Bycarbon-fixingandoxygen-releasingofphotosynthesis,thevegetationareaoftheGardenplaysanimportantroleinbalancingtotalquantityofcarbonandoxygentoimprovetheairqualityintheurbanareaofFuzhoucity.Therefore,FuzhouBotanicalGardenistheveritable\"urbangreenlung\"ofFuzhou.
4.2Discussion
Throughthenewestforestryorthebotanicalgardendepartmentcruisingdata,thisresearchdeterminedthevegetationquantityvalueofspeciesbyidentifyingtheplantleveldistribution,namely,onthebasisofpresentvegetationcoveragerate,withtheaidofthesimplyoperatedcrownlevelanalyzer,thevegetationquantityvalueofurbangreenareacanbedeterminedaccurately.Becauseofthesimpleandconvenientoperatingprocedure,thismethodissuitabletodeterminethevegetationquantityindicatorintheevaluationofurbanafforestationeffect.
Whenmeasuringplantleafareaindexwithcrownlevelanalyzer,typicalplantsshouldbeselectedfromtypicalvegetationarea.Thetreeage,condition,andstructurecanreflecttheactualgrowthsituationoflocalspeciesinthisarea,andthemulti-spotsamplesandtheaveragevaluationmethodshouldbeadoptedtodeterminetheleafareaindexofplants.
Manyresearchesoncarbon-fixingandoxygen-releasingcapacityforasinglekindofplantorsmallplantcommunityhavebeendoneoverseas,butthatofawiderangeandthemulti-speciesvegetationareawasstillestimatedduetothelackofaccuratemeasurementtechnique[6,7].Basedonthemulti-species'photosynthesiscapacitydetermination,thisarticleevaluatedtheentirecarbon-fixingandoxygen-releasingeffect,whichmadethedatamoreaccurateandreliable.Ifthephotosynthesiscurvedatabasefortheregionalplantspeciesindifferentseasonsisestablished,itwouldmakethequantitativeevaluationofecologicalbenefitofurbanvegetationmorescientificallyandaccurately.
Biography
WANGZhong-jun,Ph.D.,LecturerintheDepartmentofTourismManagement,SchoolofLandscapeArchitecture,BeijingForestryUniversity
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