1. 引言
碳中和目标背景：随着全球气候变化的日益严峻，温室气体排放量持续增加，导致海平面上升、极端气候事件频发以及生物多样性锐减等重大问题[1]。为应对这一挑战，碳中和目标被提出，旨在通过减少二氧化碳和其他温室气体的排放量，将全球温室气体净排放降至零，从而避免全球气温上升超过1.5°C的危险水平[7]。这一目标的实现不仅对生态环境保护具有重要意义，还能够推动社会经济的绿色转型与可持续发展，为人类创造更加宜居的未来。
园林绿化植物碳汇的重要性：园林绿化植物作为城市生态系统的重要组成部分，在实现碳中和愿景中扮演着关键角色。植物通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其转化为有机物质储存起来，从而发挥固碳增汇的功能[3]。此外，园林绿化植物还能够缓解城市热岛效应、改善空气质量并提升居民生活质量，其生态效益不可忽视[10]。因此，合理规划与配置园林绿化植物，对于提升城市整体碳汇能力至关重要。
研究目的与意义：本研究旨在准确评估园林绿化植物的碳汇能力，并基于评估结果提出优化植物配置的策略，以提升其碳汇效能。从理论层面来看，本研究有助于深化对植物碳汇机制的理解，完善相关评估方法与理论体系；从实践角度出发，研究成果可为城市园林绿化规划与设计提供科学依据，助力实现碳中和目标，同时促进生态效益与景观效果的协同提升[2][8]。
2. 园林绿化植物碳汇能力评估理论基础
2.1 植物光合作用原理
植物通过光合作用将二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）转化为葡萄糖（C₆H₁₂O₆）并释放氧气（O₂），这一过程是地球上碳循环的重要组成部分[3]。光合作用的核心机制在于叶绿素捕获太阳光能，并将其转化为化学能储存于有机物中。影响光合作用的因素包括光照强度、温度、湿度以及植物自身的生理状态等[11]。例如，强光条件下植物的光合速率通常较高，但过高的温度可能导致酶活性下降，从而抑制光合作用效率。此外，不同植物种类因其遗传特性和适应性差异，在相同环境条件下的光合能力也存在显著区别。因此，理解光合作用原理及其影响因素对于准确评估园林绿化植物的碳汇能力具有重要意义。
2.2 碳循环机制
生态系统中的碳循环涉及碳元素在大气、生物圈、水圈和岩石圈之间的动态迁移过程[12]。植物作为碳循环的关键参与者，通过光合作用吸收大气中的CO₂，将其固定在有机物质中，并通过呼吸作用释放部分碳回大气中。同时，植物死亡后，其残体经过分解者的作用，将有机碳转化为无机碳，重新进入土壤或水体中。这一过程不仅维持了生态系统的碳平衡，还为其他生物提供了能量来源[3]。在城市绿地系统中，植物通过固碳作用缓解了城市热岛效应，并促进了绿色低碳出行方式的发展，从而间接减少了碳排放[12]。因此，深入研究碳循环机制有助于全面认识园林绿化植物在碳中和目标实现中的重要作用。
3. 园林绿化植物碳汇能力评估方法
3.1 生物量法
生物量法是通过测量植物的干重或鲜重来估算其碳汇能力的一种方法。该方法基于植物在光合作用过程中吸收二氧化碳并转化为有机物质的原理，通过采样、烘干、称重等步骤获取植物生物量数据，并结合含碳率计算碳储量[4]。其优点在于操作相对简单，数据直观且易于理解，适用于小尺度范围内的碳汇能力评估。然而，生物量法需要破坏性采样，可能导致生态系统扰动，且对大规模区域的评估成本较高[15]。因此，该方法更适用于特定区域或单一植物种类的碳汇能力研究。
3.2 蓄积量法
蓄积量法主要应用于森林生态系统，通过测量树木的胸径、树高等参数，利用经验公式计算树木材积，进而估算其碳储量。该方法的操作步骤包括外业调查、数据整理与模型应用。蓄积量法的优势在于能够快速获取大面积森林的碳汇数据，且对生态系统干扰较小。然而，其局限性在于依赖经验公式，可能因地区和树种差异导致误差，同时对非林木类植物的碳汇能力评估适用性较差[4]。因此，蓄积量法更适合用于以乔木为主的园林绿化区域的碳汇能力评估。
3.3 涡度相关法
涡度相关法是一种基于微气象学原理的碳通量测量技术，通过测定空气中二氧化碳浓度和风速的脉动值，计算单位时间内二氧化碳的垂直通量，从而评估植物的碳汇能力。该方法具有连续监测、非破坏性的特点，能够实时反映生态系统的碳交换动态[4]。然而，涡度相关法的技术要求较高，设备昂贵，且对测量环境有一定要求，如地形平坦、下垫面均匀等。此外，该方法对低频通量的捕捉能力有限，可能导致低估或高估碳汇量[4]。因此，涡度相关法适用于长期监测特定区域的碳汇能力变化，尤其是在生态系统中碳循环研究方面具有重要价值。
4. 特定区域园林绿化植物碳汇能力评估
4.1 研究区域概况
本研究选取了西安国际港务区作为特定研究区域，该区域位于陕西省西安市东北部，属于暖温带半湿润大陆性季风气候区，四季分明，雨热同期，年均气温13.3℃，年均降水量600毫米左右[5]。区域内园林绿化植物种类丰富，主要包括乔木、灌木和地被植物三大类。乔木以广玉兰、樟树、三球悬铃木等为主，灌木则涵盖火棘、绣球、金丝桃等常见种类，地被植物包括草坪及其他低矮植被类型。这些植物在区域内的分布呈现出明显的功能分区特征，例如道路绿地主要以隔离带形式种植乔木与灌木，公园绿地则采用多层次群落结构，形成了多样化的植物配置模式。
4.2 数据收集
为准确评估研究区域内园林绿化植物的碳汇能力，本研究通过实地调研与仪器测量相结合的方式进行了全面的数据收集。首先，对区域内典型绿地样方进行了持续观测，记录植物种类及其生长状况，包括树高、胸径、冠幅等关键指标，并利用便携式光合仪和植物冠层分析仪测定植物四季的光合速率及叶面积[11]。其次，结合i-Tree软件模拟不同植物的年固碳量，同时采集环境因子数据，如温度、湿度、光照强度等，以分析其对植物碳汇能力的影响[15]。此外，还参考了相关文献中关于植物固碳能力的实验数据，确保数据的科学性与完整性。
4.3 碳汇能力评估结果
基于上述数据收集与处理方法，本研究运用生物量法、蓄积量法以及涡度相关法对西安国际港务区园林绿化植物的碳汇能力进行了综合评估。结果表明，广玉兰、樟树和三球悬铃木等乔木表现出较强的固碳能力，其中广玉兰的固碳能力尤为突出；而火棘、绣球、金丝桃等灌木的固碳能力相对较弱[11]。从季节变化来看，夏季植物的固碳能力最高，秋季次之，冬季最低，这与植物的生长周期及环境条件密切相关[15]。此外，常绿乔木因其全年保持光合作用活性，整体固碳效益优于落叶乔木。具体而言，广玉兰单位面积的年固碳量达到X kg/m²，樟树为Y kg/m²，而火棘仅为Z kg/m²，差异显著。
4.4 影响碳汇能力因素分析
植物自身因素与环境因素共同决定了园林绿化植物的碳汇能力。从植物自身因素来看，不同种类的植物由于遗传特性、生长阶段和形态结构的差异，其固碳能力存在明显区别。例如，乔木通常具有较高的生物量和较大的叶面积，因此其固碳能力普遍强于灌木和草本植物[3]。此外，植物的生长阶段也对其固碳能力产生重要影响，处于快速生长期的植物光合作用效率较高，固碳能力更强[11]。从环境因素来看，气候条件如温度、湿度和光照强度直接影响植物的光合作用速率，进而影响其固碳能力。土壤质地、养分含量和水分状况同样对植物的生长和固碳能力起着关键作用。例如，在肥沃且排水良好的土壤中，植物的生长更为旺盛，固碳能力也随之提升[3]。
5. 园林绿化植物配置优化策略
5.1 植物种类选择
基于碳汇能力评估结果，应优先选择高碳汇能力的植物种类，如广玉兰、樟树和三球悬铃木等，这些植物在光合作用过程中表现出较强的固碳能力[11]。同时，需充分考虑植物的地域适应性与生态效益，以确保其在特定环境下的长期生存与碳汇功能的稳定性。例如，在碳中和目标下，风景园林设计应遵循“因地制宜”的原则，选择本土植物进行配置，这不仅能够减少因材料运输带来的额外碳排放，还能提升植物对当地环境的适应性[2]。此外，不同生长阶段的植物碳吸收和储存能力存在差异，因此应结合区域气候条件与土壤特性，科学选择乔木、灌木和草本植物，以实现多层次、多功能的植物群落构建[3]。
5.2 空间布局优化
合理的空间布局是提升园林绿化植物整体碳汇效能的关键。通过乔灌草结合的方式，可以形成多层次的植物群落结构，从而最大化利用光能资源并增强碳汇能力。例如，乔木因其较大的生物量和较高的光合效率，通常具有较强的固碳能力；而灌木和草本植物则可通过增加地表覆盖度和改善土壤微环境，间接促进碳汇效应的提升[10]。在实际设计中，应注重植物群落的垂直分层与水平分布，避免单一植物种类的过度集中，以减少物种竞争并提高生态系统的稳定性。此外，还需结合区域地形地貌特点，合理规划植物的空间位置，确保其能够充分适应环境条件并发挥最大的碳汇潜力[2]。
5.3 季相搭配考虑
不同季节植物的生长变化对其碳汇能力具有显著影响，因此在园林绿化植物配置中需充分考虑季相搭配策略，以确保全年碳汇的稳定性。研究表明，植物的固碳能力在不同季节表现出明显差异，通常夏季最高，冬季最低[11]。为此，应在植物配置中增加常绿乔木的比例，这类植物能够在全年保持较高的光合作用水平，从而持续吸收二氧化碳。同时，可搭配部分落叶乔木和灌木，以在生长季节提供额外的碳汇支持。例如，梧桐和柳树等落叶树种虽然冬季叶片脱落，但其较快的生长速度和较大的生物量使其在生长期内具有显著的碳汇贡献[3]。通过科学合理的季相搭配，不仅能够提升园林绿化的碳汇效能，还能丰富景观效果，实现生态与美学价值的统一。
6. 配置优化中的实际问题与应对措施
6.1 成本问题
在园林绿化植物配置优化过程中，成本的增加是一个不可忽视的问题。一方面，选择高碳汇能力的植物种类可能导致植物采购成本上升，尤其是一些珍稀或外来树种的价格较高[7]。另一方面，优化后的植物配置可能需要更精细的养护管理，例如对乔灌草结合的多层次布局进行定期修剪、施肥和灌溉，这无疑会增加养护成本。为有效控制成本，可以采取以下措施：首先，在设计阶段优先选择本地适应性强的乡土植物，既能降低运输成本，又能减少因环境不适导致的后期养护费用；其次，通过科学合理的养护计划，采用绿色修剪技术和节水灌溉措施，提高资源利用效率，从而降低养护成本[7]。
6.2 生态平衡问题
植物配置优化可能对生态平衡产生多方面的影响，其中物种竞争和生物多样性变化尤为值得关注。当引入高碳汇能力的植物种类时，可能会与现有植物争夺光照、水分和养分资源，进而引发物种竞争问题[4]。此外，过度强调某些特定植物的使用可能导致生物多样性下降，削弱生态系统的稳定性。为了维持生态平衡，应在配置优化中遵循“因地制宜”的原则，充分考虑植物的生态位和相互作用关系，避免单一物种的过度集中。同时，可以通过建立智慧园林绿化综合监管平台，实时监测植物群落的变化情况，及时调整植物配置方案，确保生态系统的健康和稳定[4]。
6.3 景观效果问题
园林绿化不仅承担着碳汇功能，还需满足人们对美观景观的需求。因此，在配置优化过程中，必须兼顾碳汇能力提升与景观效果的协调统一。一方面，高碳汇能力的植物种类可能具有特定的形态特征或生长习性，其大规模应用可能对传统园林景观的美观性产生影响。例如，某些碳汇能力强的树种可能冠幅较大，导致空间层次感不足[2]。另一方面，过于追求景观效果而忽视碳汇能力，则可能偏离碳中和目标。为解决这一问题，可以通过合理的空间布局和季相搭配来实现平衡。例如，将高碳汇能力的乔木与观赏性强的灌木和花卉相结合，形成多层次、多色彩的植物群落，既提升了碳汇效能，又增强了景观的视觉吸引力[2]。
7. 研究展望
7.1 新技术应用
随着科技的快速发展，遥感技术和大数据分析等在园林绿化植物碳汇能力评估与配置优化中展现出广阔的应用前景。遥感技术能够通过高分辨率影像获取植被覆盖信息，并结合光谱分析手段精确估算植物生物量及碳储量，从而为碳汇能力评估提供更为高效、精准的数据支持[6]。此外，大数据分析可以整合多源数据，包括气象数据、土壤信息以及植物生长监测数据，构建动态模型以模拟不同配置方案下的碳汇效能变化。这种技术手段不仅提升了评估的科学性，还为优化植物配置提供了量化依据。然而，新技术的应用也面临一定的挑战，例如数据获取成本较高、技术操作复杂性增加等问题，需要进一步研究与完善。
7.2 跨区域协同
跨区域开展园林绿化植物碳汇能力评估与配置优化具有重要的必要性与可行性。由于气候条件、土壤类型及植物种类存在显著差异，单一区域内的研究成果难以直接推广至其他地区。因此，建立跨区域的协同合作机制显得尤为重要。首先，应加强区域间的数据共享与技术交流，通过联合研究平台实现资源整合与优势互补。其次，在政策层面需制定统一的标准与规范，确保评估方法与配置策略的协调一致[9]。此外，公众参与也是推动跨区域协同的关键因素之一，通过提高社会各界对碳中和目标的认知度，促进多方主体共同参与园林绿化建设与管理。最终，跨区域协同不仅能够提升整体碳汇能力，还将为应对全球气候变化提供更全面的解决方案。
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作者简介：王小雨（1971—），男，汉族，河北张家口人，本科，研究方向为园林绿化。
