摘要
城市公园植物群落的固碳作用是缓解城市环境问题的有效途径之一。量化植物在光合作用中固定的二氧化碳，估算出植物群落固碳效益，可为设计师优化设计方案提供依据。本文以天津水上公园植物群落为研究对象，选取公园内12个相对典型的植物群落，利用NTBC估算城市公园植物群落的年固碳效益，归纳植物群落的固碳能力与不同影响因素之间的关系。探讨城市公园内植物群落的设计优化策略，既要考虑植物的固碳能力和生态效益，也要平衡植物群落的其他多种功能，营造和谐的城市生态环境。
1.研究内容及方法
1.1基础数据采集
研究地点为天津市水上公园，位于市区的西南区域，建于年。公园占地面积约㎡，其中陆地面积为㎡，绿化面积达㎡。公园内栽植近个品种的花木以及约2万株的各类乔灌木。公园内植物群落的配置以及整体结构具有典型性，体现出天津中心城区的植物景观特色以及公园植物景观的特征。
天津水上公园样地分布图
1.2研究方法
植物群落样地采集点主要位于水上公园的北部区域，共选定了12个植被生长情况良好、群落相对稳定、兼具美学特征和天津地区特色的代表性植物群落，面积约在-㎡。对群落内的树木进行数据采集，包括树木名称、叶形、树木胸径、生长状态、层次结构、植物配置以及群落景观效果等。利用美国NTBC（NationalTreeBenefitCalculator）软件，通过输入单株树木的树种、胸高直径和所在区域及所在地土地利用方式，计算出样地中单株树木的单位年固碳量。该软件是基于美国的基础数据而研发，本研究选取天津市经纬度和气候环境接近的堪萨斯城（KansasCity,Missouri）作为地理位置参考，如软件内缺少对应树种，则选择相似或同科属的树种作为替代。计算得出所选取区域的植物群落年固碳效益值。
典型样地1
典型样地2
2.结果与分析
2.1植物群落调查结果
本研究所调查的12个样地植物群落种类的丰富度较高，包括不同叶形以及季相的乔灌木草等植物。其中调查记录有37种植物，分别属于15科27属，包括蔷薇科（Rosaceae）5属10种、豆科（Fabaceae）4属6种。在公园的植物群落中出现的阔叶类乔木占总数量88%，具有不同叶形、四季色相树种搭配以及呈现出不同群落结构。在所调研的植物群落中，出现频率超过25%的乔木有刺槐、圆柏、国槐、臭椿、绒毛白蜡与毛白杨。其中，频率最高的为刺槐，共出现8次，应用频率达66.7%；其次圆柏共出现7次，应用频率达58.3%。在小乔木和灌木中，紫叶李、忍冬、西府海棠、女贞、龙爪槐、金枝槐等树种应用频繁，其中紫叶李的应用频率最高，为41.7%。
天津水上公园植物群落科属统计表
2.2植物群落的固碳效益
（1）种类差异的实测比较
植物的种类对树木及群落的固碳效应具有直接的影响。因此选取样地中高频应用的14种乔木作为比较对象，分析所得出该14种常见树种的固碳能力由高到低依次为：垂柳、国槐、刺槐、银杏、皂荚、绒毛白蜡、毛白杨、臭椿、杜仲、油松、侧柏、合欢、龙柏、圆柏。这表明在乔木中：落叶乔木因其叶面积指数高而具有更强的固碳释氧能力，落叶阔叶乔木的年固碳量大于相对应规格的常绿针叶和阔叶树种，针叶树的固碳量在同一规格里最小。可知固碳能力强的树种所占比例越大，其群落的固碳效果越高。
（2）规格变化的相关分析
通过相关性分析可知，在10-20cm群落平均胸径范围内的植物群落年固碳量更高，达.40kg/hm2，略高于平均胸径在20-30cm及30-40cm范围内的植物群落。总体上，不同群落平均胸径范围的单位固碳量差异不大，平均单位固碳量基本持平。因此群落树木的平均胸径对整体植物群落的固碳效益的影响不是很明显，其主要作用在于单个树种的固碳能力。在选择栽植树木时，应适当调配不同大小胸径的树木的比例，能够提高植物群落的美景度以及群落固碳效益。
随固碳效益增加的树木规格变化
（3）群落密度的效益影响
在12处样地内，不同群落栽植密度范围的植物群落在其整体固碳效益上差距较大。其中，-株/hm2栽植密度范围内植物群落的固碳效益最高，达.20kg/hm2；栽植密度在0-株/hm2范围时，群落年固碳效益最低，为.80kg/hm2。由此可知，中等栽植密度的植物群落的年固碳效益明显高于高栽植密度与低栽植密度的植物群落。而中等密度植物群落之间在年固碳量上并没有显著的差异。群落结构以及树木规格适中，对固碳效益产生正向的影响；在低栽植密度的群落内树木数量较少，相应固碳效益降低；而在高密度植物群落中，树木多数为胸径较小的中小乔木，植物生长空间拥挤而导致树木长势被限制，因此植物群落碳汇作用相对下降。
随固碳效益增加的群落栽植密度变化
由此可知，在树种选择方面，在同等条件中，阔叶乔木对植物群落的整体固碳效益的作用比针叶树种要高；灌木和地被植物因其植物的特性以及体量较小，需要频繁更换及修剪而造成的碳排放、生长期较短等问题对群落的固碳效益作用不明显；垂柳、国槐、刺槐、银杏、皂荚、绒毛白蜡等高固碳树种为群落的优势树种。在树木规格方面，树木平均胸径越大，表示该树木处于成熟生长期，其固碳能力会越强，对提高植物群落的固碳效益有较大作用。在群落结构方面，由阔叶乔木层加针阔叶混交灌木层、针阔叶混交乔木层加针阔叶混交灌木层两类结构的碳效益更高。在水平结构中，当群落布局疏密有致、各树木栽植密度合理的情况下，植物会有足够的光照条件以及更充裕的生长环境，可以实现固碳释氧功能的最大化。
3.城市公园植物群落的高固碳效益的优化策略
3.1应用高固碳树种
首先根据地区的气候环境条件，考虑选用天津市本地的固碳能力强的树种，包括垂柳、国槐、圆柏、西府海棠等乡土树种。本地植物具有更好的适应性，能够在较短的时间内适应场地环境以及当地的盐碱生境，生长状况能达到较好的景观效果。同时，本地树种相比外来树种在短时间内适应环境从而减少养护管理频率，在设计施工阶段中降低运输及管理方面的碳排放。其次，乔木的固碳能力更高，作为重点应用；搭配种植的灌木以及地被植物应选长势好、可减少修剪频率的高固碳树种。调整落叶、常绿、阔叶与针叶树木的种植比例；选用树龄小、规格中等的树木，避免树龄过大、生长期短而降低其自身的固碳效益，使植物配置的选择最优化。
3.2合理的群落结构
在选择高固碳能力的树种来提高植物群落的碳效益以外，应通过对植物群落结构进行合理的规划设计，使植物之间能够相互和谐共生，最大化发挥整体的植物固碳能力。首先，植物在群落的垂直结构中，应采用乔、灌、草模式的复层景观结构，如乔木树种中的垂柳、国槐和圆柏，灌木以及地被植物应选长势较好、固碳能力强的树种，包括珍珠梅、紫叶槐、铺地柏等木本植物。搭配不同色彩以及四季的景观效果，使植物群落具有层次感、色彩感以及本地特色。其次，控制植物群落的栽植密度，应在-株/hm2的范围内，种植密度不应过于密集，树木应当有一定的植株距离，形成适当的郁闭度以及给予群落内的树木良好的生长空间，使树木枝叶得到充分生长以提高自身固碳能力。
3.3优化群落生长环境和管理方式
为了使植物群落的生长环境以及场地条件对植物群落本身的固碳释氧功能起到正面的积极作用。首先，尽量减少对原有场地以及土方的变动，在保护的基础之上改良原有的植物群落，减少不必要的机械作业产生的碳排放以及对土壤环境的影响。其次，利用适地适树原则，根据周围环境的功能及条件适当种植树木，避免对原有及新栽树木产生影响。最后，采用低能耗高效能的作业方式及节能技术，对植物群落内的植物进行定期的养护修剪、施肥、灌溉等，预防树木病虫害，使植物保持良好的生长状态，创造良好的生长环境，充分发挥其固碳释氧能力。
4.结语
天津市水上公园的植物群落在其种类、规格、层次结构的组成以及群落的栽植密度上对群落的固碳效益存在一定的影响，因此应确保公园绿地内所种植的植物群落充分实现其生态、游憩、景观等多种功能。根据场地条件不同，选择适应于当地气候、土壤条件的植物，既要考虑到不同群落产生的生态效益及固碳效益，同时要为平衡公园绿地的不同需求而持续寻找更优化的解决方案。
注：本文节选自期刊论文《城市公园植物群落的固碳效益核算及其优化探讨》
原文出处：
依兰，王洪成.城市公园植物群落的固碳效益核算及其优化探讨[J].景观设计,(3):36-43.
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