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2025 , Vol. 32 >Issue 1: 41 - 48

DOI: https://doi.org/10.3724/j.fjyl.202408310500

专题：城市绿地与碳汇

北京市30种常用园林绿化树种固碳能力评价

  • 钱璟 ,
  • 沈思栋 ,
  • 范舒欣 ,
  • 董丽 , *
展开
  • 北京林业大学园林学院

钱璟/女/北京林业大学硕士/太仓市城容投资有限公司管培生/研究方向为园林植物生态应用

沈思栋/男/北京林业大学硕士/广西壮族自治区林业勘测设计院助理工程师/研究方向为园林植物生态应用

范舒欣/女/博士/北京林业大学园林学院副教授/研究方向为城市绿地植被生态系统服务

董丽/女/博士/北京林业大学园林学院教授、博士生导师/本刊编委/研究方向为风景园林植物规划与设计、城市绿地植被生态系统服务、生态修复

Copy editor: 边紫琳

收稿日期: 2024-08-31

  修回日期: 2024-12-02

  网络出版日期: 2025-12-07

基金资助

国家重点研发计划课题“全生命周期高生态服务功能园林植物筛选研究与展示示范”(2022YFC3802602)

国家自然科学基金青年科学基金项目“基于系统动力学仿真的城市绿地植被全生命周期碳源汇驱动机制与优化策略研究”(52300229)

版权

版权所有 © 2025 风景园林编辑部
收起

Evaluation on Carbon Sequestration Capacity of 30 Common Landscaping Tree Species in Beijing

  • Jing QIAN ,
  • Sidong SHEN ,
  • Shuxin FAN ,
  • Li DONG , *
Expand
  • School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University

QIAN Jing gained her master degree in Beijing Forestry University, and is a management trainee in Taicang City Chengrong Investment Limited Company. Her research focuses on ecological application of landscape plant

SHEN Sidong gained his master degree in Beijing Forestry University, and is an assistant engineer in Guangxi Forestry Surveying and Planning Institute. His research focuses on ecological application of landscape plant

FAN Shuxin, Ph.D., is an associate professor in the School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University. Her research focuses on ecosystem services of urban green space vegetation

DONG Li, Ph.D., is a professor and doctoral supervisor in the School of Landscape Architecture, Beijing Forestry University, and an editorial board member of this journal. Her research focuses on landscape plant planning and design, ecosystem services of urban green space vegetation, and ecological restoration

Received date: 2024-08-31

  Revised date: 2024-12-02

  Online published: 2025-12-07

Copyright

Copyright © 2025 Landscape Architecture. All rights reserved.
Fold

摘要

【目的】在“双碳”目标下，定量研究园林植物的光合固碳机理，评价、筛选高固碳能力的园林绿化树种，为城市绿地中植物材料的选择与配置提供科学的理论依据，助力低碳园林建设。【方法】以北京城市绿地30种常用园林绿化树种为研究对象，实地监测树种的光合生理指标，计算不同树种在不同季节的日均光合速率。采用同化量法核算供试树种单位叶面积年固碳量、单位土地面积年固碳量和单株年固碳量。根据上述3项指标数据，通过聚类分析对树种的固碳能力进行分级。【结果】在供试树种中，常绿和落叶树种在不同季节的日均光合速率均值变化规律均表现为夏季>春季>秋季>冬季。对于同一生活型的树种，不同树种的日均光合速率均存在差异。根据单位叶面积年固碳量、单位土地面积年固碳量和单株年固碳量，可将供试树种年固碳量由高到低划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个等级。其中，榆（Ulmus pumila）的3项指标均为Ⅱ级及以上。综合单位土地面积年固碳量和单株年固碳量对供试树种的综合碳汇效应进行评价，乔木中旱柳（Salix matsudana）、榆、毛泡桐（Paulownia tomentosa）、杜仲（Eucommia ulmoides）、七叶树（Aesculus chinensis），灌木中毛樱桃（Prunus tomentosa）、荆条（Vitex negundo var. heterophylla）、鸡树条（Viburnum opulus subsp. calvescens）和黄刺玫（Rosa xanthina）的综合碳汇效应较强。乔木类树种单株年固碳量显著高于灌木类树种，但在单位土地面积年固碳量、单位叶面积年固碳量方面两者无显著差异，这可能与灌木类树种的应用方式有关。【结论】基于对北京市30种常用园林绿化树种固碳能力的核算、比较，筛选出综合碳汇效应较强的树种，可为未来北京市低碳园林建设的树种选择与景观营建提供科学参考。

关键词： 城市绿地; 低碳景观; 树种选择; 固碳量; 光合生理指标

本文引用格式

钱璟 , 沈思栋 , 范舒欣 , 董丽 . 北京市30种常用园林绿化树种固碳能力评价[J]. 风景园林, 2025 , 32(1) : 41 -48 . DOI: 10.3724/j.fjyl.202408310500

Abstract

[Objective] With the development of urbanization and industrialization, greenhouse gas emissions continue to increase, and the issue of global warming has attracted more and more attention. Actively responding to the issue of climate change, China has put forward the carbon peaking and carbon neutrality goals for carbon emission reduction. Landscaping trees play an important role in increasing urban natural carbon sinks and neutralizing urban anthropogenic carbon emissions. To maximize the carbon sink of the limited urban green spaces, it is necessary to choose landscaping tree species with high carbon sequestration capacity. Beijing is facing various environmental problems, such as severe urban island heat effect caused by vast greenhouse gas emission, and air pollution. The low-carbon landscaping construction practice in Beijing can not only alleviate urban problems, but also improve the human settlement environment, making people live healthier and happier. Furthermore, such practice in Beijing, the capital city, can set a significant example for other cities. Therefore, the research on carbon sequestration capacity of common landscaping tree species in Beijing is of great importance, especially considering that relevant research is still not sufficient and complete at present.
[Methods] According to the principles of ecological adaptability and representativeness, this research mainly considers tree species seldom involved in the current research (Vitex negundo var. heterophylla, etc.), while highly recommended in Beijing in recent years (Chionanthus retusus, etc.), and then takes 30 common landscaping tree species in Beijing urban green space as the research object. The research selects 5 standard plants for each specie. All the selected plants are located in the open spaces (without shade) of urban parks in Beijing, which are far away from water bodies and buildings and have similar habitats. The photosynthetic physiological parameters were monitored with Li-cor 6400 portable photosynthetic analyzer in four seasons in 2022 and 2023. Based on the monitoring results, the average daily photosynthetic rate in different seasons is calculated. According to the assimilation amount method, the annual carbon sequestration per unit leaf area, per unit land area and per plant are calculated respectively. Moreover, the carbon sequestration capacity of tree species is graded by cluster analysis, and the differences in carbon sequestration capacity between tree species with different life forms are tested by independent-sample t.
[Results] Among the tested tree species, the daily average photosynthetic rates of evergreen and deciduous tree species in different seasons follow the same order: Summer > spring > autumn > winter. According to the indicators of annual carbon sequestration per leaf area, annual carbon sequestration per land area and annual carbon sequestration per plant, the tested tree species can be divided into levels I, Ⅱ and Ⅲ (from high to low), respectively. The carbon sequestration capacity of Ulmus pumila is outstanding, which belongs to level Ⅱ and above in all the three indicators. The comprehensive carbon sequestration capacity of the tested tree species is evaluated based on annual carbon sequestration per unit land area and per plant, and the performance of Salix matsudana (among all the tested arbors) and Prunus tomentosa (among all the shrubs) is the best. Among all the tested tree species, the annual carbon sequestration per plant of arbors is significantly higher than that of shrubs, but there is no significant difference between the two in terms of both the annual carbon sequestration per unit land area and the annual carbon sequestration per unit leaf area. The reason why there is no significant difference in the annual carbon sequestration per unit land area between arbors and shrubs may be related to the application forms.
[Conclusion] In the practice of low-carbon landscaping in Beijing, the application of landscaping tree species should be comprehensively considered from multiple perspectives, including ecological adaptability, ecological benefits, aesthetics, etc. On the basis of fulfilling other functional needs, from the perspective of carbon sink, landscaping tree species with high carbon sequestration capacity should be fully applied. The arbors such as Salix matsudana, Ulmus pumila, Paulownia tomentosa, Eucommia ulmoides, Aesculus chinensis, and shrubs such as Prunus tomentosa, Vitex negundo var. heterophylla, Viburnum opulus subsp. calvescens and Rosa xanthina are highly recommended. Future research is supposed to further discuss the differences in carbon sequestration capacity between the colored-leaf plant species and its original plant species, and carbon budget in the whole life cycle of landscaping tree species, which can further provide a scientific basis for the construction of low-carbon landscape in Beijing, thus helping achieve the carbon peaking and carbon neutrality goals.

Key words： urban green space; low-carbon landscape; tree species selection; carbon sequestration; photosynthetic physiological indicator

随着城市化与工业化的发展，人类向大气中排放的温室气体不断增加，目前累计碳排放已使全球平均气温上升了2 ℃[1-3]。气候变暖问题已成为全球性的公共危机，受到越来越广泛的关注。为积极响应气候变化，全球性治理行动正在积极开展，中国也提出了“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标。人类活动高度密集的城市是以CO2为主的温室气体的主要排放源头。除了大力推进城市碳减排以外，最大限度提高城市生态系统碳增汇也是实现“双碳”目标重要的有效途径。城市中的自然碳汇主要来源于城市绿地，绿地中的园林植物能通过光合作用将大气中的CO2以有机物的形式固定下来，实现持续碳增汇。Vaccari等[4]的研究表明佛罗伦萨园林植物在生长期4、5、6月分别能抵消23.3%、16.3%、26.3%的城市人为碳排放量。园林植物中的木本植物较草本植物有更高的固碳能力。然而，由于形态、生理特征等方面的不同，不同园林绿化树种的固碳能力存在较大差异。要最大限度发挥城市绿地的碳汇能力，需选用具有高固碳能力的园林绿化树种。
目前，园林绿化树种固碳能力的量化和比较方面已积累了较多研究成果。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（USDA Forest Service）为首的科研机构，基于本土树种数据开发了i-Tree Species、国家树木效益计算器（National Tree Benefit Calculator, 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[5-7]，虽已积累了一定研究成果，但尚存在诸多局限与不足：1）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[8-10]；2）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[11]，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[12]，在中国的适用性问题一直存在争议；3）现有生物量方程主要应用于林业领域[13-14]，而且同一树种在自然环境中和在城市人工干预环境中的生长状况有所差异[15]。因此，在中国各地区采用统一的标准开展当地园林绿化树种固碳能力的量化研究十分必要。
北京市城市化程度高，人口稠密，能源消耗量大，面临着温室气体排放等原因造成的“热岛效应”等气候问题。作为首都，北京市低碳园林建设实践不仅能缓解城市问题、改善人居环境，更具有举足轻重的示范性意义。本研究通过实地监测北京市30种常用园林绿化树种的光合生理指标，计算不同树种在不同季节的日均光合速率，并通过同化量法核算树种单位叶面积年固碳量、单位土地面积年固碳量和单株年固碳量3项指标，比较、评价不同树种的综合碳汇效应，以期为北京市低碳园林建设提供科学的树种选择依据。

1 研究材料与研究方法

1.1 研究材料

在对北京市城市绿地开展前期实地调研和文献研究的基础上，筛选适生性和代表性强、现有相关研究较少（荆条等）、近年来北京市推荐力度较大（流苏树等）的北京市常用园林绿化树种，从中选取30种（乔木15种、灌木15种）作为供试树种（表1）。所选树种均位于北京市公园绿地内远离水体和建筑、生境相似、周边无遮挡物荫蔽的开放空间。同时，每个供试树种均选取孤植，胸径、株高、冠幅等生长指标相似，处于壮龄（乔木、小乔木树龄15~20 a，灌木树龄5~15 a），生长健壮，无病虫害的标准株5株。
表1 供试树种基本信息

Tab. 1 Basic information of the tested tree species

序
号		 生活
型		 树种 拉丁名
1 常绿
乔木		 白杄 Picea meyeri
2 圆柏 Juniperus chinensis
3 落叶
乔木		 杜仲 Eucommia ulmoides
4 榆 Ulmus pumila
5 金叶榆 Ulmus pumila ‘Jinye’
6 旱柳 Salix matsudana
7 金叶梣叶槭 Acer negundo ‘Aurea’
8 秋火焰枫 Acer × freemanii ‘Autumn Blaze’
9 七叶树 Aesculus chinensis
10 毛泡桐 Paulownia tomentosa
11 山桃 Prunus davidiana
12 红叶碧桃 Prunus persica ‘Atropurpurea’
13 日本晚樱 Prunus serrulata var. lannesiana
14 紫叶李 Prunus cerasifera ‘Atropurpurea’
15 流苏树 Chionanthus retusus
16 常绿
灌木		 小叶黄杨 Buxus sinica var. parvifolia
17 冬青卫矛 Euonymus japonicus
18 落叶
灌木		 紫叶小檗 Berberis thunbergii ‘Atropurpurea’
19 黄刺玫 Rosa xanthina
20 ‘绯扇’ 现代月季 Rosa hybrida ‘Hiogi’
21 平枝栒子 Cotoneaster horizontalis
22 水栒子 Cotoneaster multiflorus
23 荆条 Vitex negundo var. heterophylla
24 毛樱桃 Prunus tomentosa
25 鸡树条 Viburnum opulus subsp. calvescens
26 接骨木 Sambucus williamsii
27 连翘 Forsythia suspensa
28 ‘洛阳红’牡丹 Paeonia × suffruticosa ‘Luo Yang Hong’
29 贴梗海棠 Chaenomeles speciosa
30 木槿 Hibiscus syriacus

1.2 研究方法

1.2.1 植物总叶面积及叶面积指数测定

利用标准枝分层法[16]，测算植物全株叶片总量，用于计算植物总叶面积，进而计算叶面积指数，计算式
$ {S} = {p} {\times {\text{LA}}\text{，}} $
$ \mathrm{L}\mathrm{A}\mathrm{I}=\frac{S}{\mathrm{{\text{π}} }\times \left({\dfrac{\mathrm{C}\mathrm{W}}{2}}\right)^{2} } \text{，} $
式中，S为植物总叶面积，m2；p为植物全株叶片总量，片；LA为单叶叶面积，m2；LAI为叶面积指数，m2/m2；CW为植株冠幅，m。

1.2.2 植物瞬时光合速率测定

于2022—2023年春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12、1、2月）4个季节，选择晴朗无云、无风的天气，在7:00—17:00的自然光照下，选取每株植物树冠外层的叶片3~5片，使用便携式光合仪Li-cor 6400每隔2 h测量1次瞬时光合速率。测量时尽量将叶片铺满叶室，叶片间无相互遮盖，待仪器数值稳定后，每片叶片读取3组瞬时光合速率数值，并进行记录。

1.2.3 植物固碳指标核算

1）植物单位叶面积日固碳量计算式
$ \begin{split} P={\sum }_{i=1}^{j}\left[\frac{{p}_{i}+{p}_{i+1}}{2}\times （{t}_{i+1}-{t}_{i}） \times \frac{3\;600}{1\;000}\right] \text{，} \end{split}$
$ W=P\times（1-20{\text{%}}）\times \frac{44}{1\;000}\text{，} $
式中，P为测定日植物单位叶面积日同化总量，mmol·m−2·d−1；pi为植物叶片第一个测量时间点的瞬时光合速率，${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1；pi+1为植物叶片第二个测量时间点的瞬时光合速率，${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1；ti为第一个测量时间点的瞬时时间；ti+1为第二个测量时间点的瞬时时间；j 为测量次数；3 600指每小时有3 600 s；1 000指1 mmol等于1 000 ${\text{μ}} {\text{mol}}$；W为植物单位叶面积日固碳量，g·m−2·d−1；植物夜间呼吸作用产生的CO2一般为白天同化总量的20%[17]；44为CO2的摩尔质量。
2）植物单位叶面积年固碳量计算式
$ {{\rm{YL}}_{\mathrm{d}}}= \frac{{W}_{\mathrm{c}}+{W}_{\mathrm{x}}+{W}_{\mathrm{q}}}{3} \times L， \quad\quad\quad\quad\;$
$ \begin{split} {{\rm{YL}}_{\mathrm{e}}}= \frac{{W}_{\mathrm{c}}+{W}_{\mathrm{x}}+{W}_{\mathrm{q}}}{3} \times {L}_{1}+ W_{\mathrm{d}}\times {L}_{2}\text{，}\end{split} $
式中，YLd、YLe分别为落叶植物、常绿植物单位叶面积年固碳量，g·m−2·a−1；Wc、Wx、Wq、Wd分别为春、夏、秋、冬4个季节的植物单位叶面积日固碳量，g·m−2·d−1；L为一年内植物生长季时长，d；L1为北京地区落叶植物生长季的平均时长，213 d[18]；L2为北京地区常绿植物冬季的光合时间，152 d。
3）植物单位土地面积日固碳量计算式
$ {W} _{ \mathrm{S}} = {W} {\times {\rm{LAI}}\text{，}} $
式中，WS为植物单位土地面积日固碳量，g·m−2·d−1；W为植物单位叶面积日固碳量，g·m−2·d−1；LAI为叶面积指数，m2/m2。
4）植物单位土地面积年固碳量计算式
$\begin{split} {\rm{CS}}_{\mathrm{d}}= \frac{{W}_{\mathrm{S}\text{，}\mathrm{c}}+{W}_{\mathrm{S}\text{，}\mathrm{x}}+{W}_{\mathrm{S}\text{，}\mathrm{q}}}{3} \times L\text{，} \qquad\qquad\end{split} $
$ \begin{split} {{\rm{CS}}_{\mathrm{e}}}= \frac{{W}_{\mathrm{S}\text{，}\mathrm{c}}+{W}_{\mathrm{S}\text{，}\mathrm{x}}+{W}_{\mathrm{S}\text{，}\mathrm{q}}}{3} \times {L}_{1}+ {W}_{\mathrm{S}\text{，}\mathrm{d}}\times {L}_{2}\text{，}\end{split} $
式中，CSd、CSe分别为落叶植物、常绿植物单位土地面积年固碳量，g·m−2·a−1；WS，c、WS，x、WS，q、WS，d分别为春、夏、秋、冬4个季节的植物单位土地面积日固碳量，g·m−2·d−1；L为一年内植物生长季时长，d；L1为北京地区落叶植物生长季的平均时长，213 d[18]；L2为北京地区常绿植物冬季的光合时间，152 d。
5）植物单株日固碳量计算式
$ {W} _{ \mathrm{P}} = {W} {\times } {S} \mathrm{\text{，}} $
式中，WP为植物单株日固碳量，g·d−1；W为植物单位叶面积日固碳量，g·m−2·d−1；S为植物总叶面积，m2。
6）植物单株年固碳量计算式
$ \begin{split} {{\rm{CP}}_{\mathrm{d}}}= \frac{{W}_{\mathrm{P}\text{，}\mathrm{c}}+{W}_{\mathrm{P}\text{，}\mathrm{x}}+{W}_{\mathrm{P}\text{，}\mathrm{q}}}{3} \times \frac{L}{1\;000} \text{，} \end{split}$
$ \begin{split}{{\rm{CP}}_{\mathrm{e}}}=& \Bigg(\frac{{W}_{\mathrm{P}\text{，}\mathrm{c}}+{W}_{\mathrm{P}\text{，}\mathrm{x}}+{W}_{\mathrm{P}\text{，}\mathrm{q}}}{3} \times {L}_{1}+\\& W_{\mathrm{P}\text{，}\mathrm{d}}\times{L}_{2}\Bigg)\times \frac{1}{1\;000} \text{，}\qquad\qquad\quad\end{split} $
式中，CPd、CPe分别为落叶植物、常绿植物单株年固碳量，kg·a−1；WP，c、WP，x、WP，q、WP，d分别为春、夏、秋、冬4个季节的植物单株日固碳量，g·d−1；L为一年内植物生长季时长，d；L1为北京地区落叶植物生长季的平均时长，213 d[18]；L2为北京地区常绿植物冬季的光合时间，152 d。

1.3 数据处理与统计分析

采用软件Excel、SPSS 22.0软件进行数据统计与分析。对不同生活型植物的碳汇效应差异进行独立样本t检验；按聚类的平方欧氏距离在3~10之间、分类组数在3~6之间的分类方式，利用系统聚类法对不同树种的碳汇效应指标进行聚类分析；采用K-means均值聚类算法对树种的综合碳汇效应进行分析。

2 北京市30种常用园林绿化树种固碳能力分析

2.1 不同季节日均光合速率的变化规律

计算得到30种供试树种在不同季节的日均光合速率。不同季节落叶树种日均光合速率均值的变化规律表现为夏季（9.64±0.85 ${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1）＞春季（8.45±0.64 ${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1）＞秋季（7.07±0.63 ${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1）＞冬季（几乎不进行光合作用）；落叶乔木与灌木类树种的日均光合速率均值也遵循上述季节变化规律。不同季节常绿树种日均光合速率的变化规律与落叶树种类似，表现为夏季（5.30±0.64 ${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1）＞春季（4.37±0.72 ${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1）＞秋季（3.67±0.56 ${\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1）＞冬季（1.70±0.20 ${\text{μ}} {\text{mol}}$ m−2 s−1）。此外，落叶树种在春季、夏季、秋季的日均光合速率均值均高于常绿树种（表2）。
表2 不同季节供试树种的日均光合速率

Tab. 2 Average daily photosynthetic rate of the tested tree species in different seasons

生活型 树种 日均光合速率/$ {\text{μ}} {\text{mol}}$·m−2·s−1
春季 夏季 秋季 冬季
　　注：落叶植物在冬季叶片脱落，几乎不进行光合作用，故“空白”表示无此项数据。
常绿乔木 白杄 6.35±2.14 5.33±1.70 3.52±1.36 2.13±0.68
圆柏 3.63±1.21 6.12±2.05 2.38±0.92 1.30±0.43
落叶乔木 杜仲 6.06±2.06 11.70±3.98 6.88±2.20
榆 11.7±3.79 21.28±7.36 15.22±5.29
金叶榆 6.89±2.19 14.77±5.14 12.36±4.41
旱柳 8.68±3.37 6.85±2.17 7.50±1.90
金叶梣叶槭 6.02±2.91 8.92±2.97 4.86±1.64
秋火焰枫 8.95±2.85 8.14±2.60 6.72±2.21
七叶树 11.24±3.64 5.72±1.89 6.00±1.98
毛泡桐 8.31±3.19 6.93±2.72 12.85±4.44
山桃 11.50±3.96 14.92±4.85 8.02±1.96
红叶碧桃 4.33±1.42 6.52±2.23 9.61±3.08
日本晚樱 8.05±1.02 10.26±1.43 7.71±2.90
紫叶李 8.42±2.85 2.41±0.78 5.09±1.38
流苏树 7.08±2.63 11.23±3.93 3.24±1.36
常绿灌木 小叶黄杨 4.47±0.91 3.47±0.58 3.70±1.29 1.93±0.59
冬青卫矛 3.04±0.55 6.26±1.35 5.09±1.66 1.43±0.49
落叶灌木 紫叶小檗 4.18±0.74 5.37±0.61 3.20±1.11
黄刺玫 5.64±2.46 5.91±2.11 3.80±1.30
‘绯扇’现代月季 14.47±2.48 11.89±1.31 8.44±1.71
平枝栒子 11.15±3.92 9.07±3.00 7.82±2.51
水栒子 18.40±6.04 11.19±3.82 11.27±3.73
荆条 6.88±2.24 10.32±3.78 4.40±1.73
毛樱桃 11.35±3.82 10.85±3.61 5.75±1.98
鸡树条 5.29±1.29 3.39±0.62 4.35±0.53
接骨木 6.20±2.28 6.05±1.99 3.14±0.67
连翘 9.11±3.00 13.63±4.32 7.15±2.43
‘洛阳红’牡丹 5.80±1.23 6.45±2.11 2.65±0.80
贴梗海棠 7.87±1.60 17.39±5.95 7.01±2.27
木槿 6.24±1.27 9.42±1.64 8.66±1.55

2.2 单位叶面积年固碳量分级

30种供试树种单位叶面积年固碳量变化范围为1 255.87~3 669.46 g·m−2·a−1，平均值为2 027.85 g·m−2·a−1。乔木类树种单位叶面积年固碳量平均值与中位数高于灌木类树种，但两者单位叶面积年固碳量无显著差异（p＞0.05，图1）。通过系统聚类法将供试树种分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个等级（图2），Ⅰ级包含5个树种：榆（3669.46±180.98 g·m−2·a−1）、贴梗海棠（3276.00±290.39 g·m−2·a−1）、‘绯扇’现代月季（3162.83±399.80 g·m−2·a−1）、水栒子 （3147.25±189.21 g·m−2·a−1）、山桃（3023.17±70.78 g·m−2·a−1）；Ⅱ级包含7个树种，其中金叶榆单位叶面积年固碳量最高（2657.44±235.47 g·m−2·a−1）；Ⅲ级包含18个树种。
图1 不同生活型供试树种单位叶面积年固碳量、单位土地面积年固碳量、单株年固碳量比较

Fig. 1 Comparison of annual carbon sequestration per unit leaf, per unit land area, and per plant of the tested tree species with different life forms

图2 供试树种单位叶面积年固碳量与等级

Fig. 2 Annual carbon sequestration per unit leaf and grade of the tested tree species

2.3 单位土地面积年固碳量分级

供试树种单位土地面积年固碳量范围为1702.41~9436.36 g·m−2·a−1，平均值为 5 138.52 g·m−2·a−1。乔木类树种单位土地面积年固碳量的平均值与中位数均高于灌木类树种，但两者单位土地面积年固碳量无显著差异（p＞0.05，图1）。通过系统聚类法将供试树种分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个等级（图3），Ⅰ级仅包含榆 （9 436.36±513.27 g·m−2·a−1）1个树种；Ⅱ级包含12个树种：贴梗海棠（7 968.36±1381.09 g·m−2·a−1）、毛泡桐（7 831.43±1419.60 g·m−2·a−1）等；Ⅲ级包含17个树种，其中红叶碧桃（1702.41±189.57 g·m−2·a−1）单位土地面积年固碳量最低。
图3 供试树种单位土地面积年固碳量与等级

Fig. 3 Annual carbon sequestration per unit land area and grade of the tested tree species

2.4 单株年固碳量分级

分析供试树种单株年固碳量（图4），发现乔木类树种的单株年固碳量显著高于灌木类（p＜0.05），且平均值与中位数均高于灌木类树种（图1）。供试树种单株年固碳量范围为0.920~614.77 kg·a−1，平均值为 117.76 kg·a−1。通过系统聚类法，将供试树种分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个等级，Ⅰ级仅包含1个树种：旱柳（614.77±118.72 kg·a−1）；Ⅱ级包含4个树种：毛泡桐（439.15±75.30 kg·a−1）、榆（410.01±25.72 kg·a−1）、七叶树（387.16±37.90 kg·a−1）和杜仲（335.52±75.71 kg·a−1）；Ⅲ级包含25个树种，其中金叶榆是榆的栽培变种，其单株年固碳量 （ 200.19±97.42 kg·a−1 ）仅为榆的50%左右。
图4 供试树种单株年固碳量与等级

Fig. 4 Annual carbon sequestration per plant and grade of the tested tree species

2.5 固碳能力评价

对供试树种单位土地面积年固碳量与单株年固碳量2个指标数据进行标准化处理，利用K-means均值聚类算法，将乔木与灌木类树种均划分为4类（表3、4）。结果显示，乔木中旱柳、灌木中毛樱桃的综合碳汇效应最强；乔木中秋火焰枫、金叶梣叶槭、紫叶李、红叶碧桃，灌木中连翘、‘绯扇’现代月季、木槿、接骨木、紫叶小檗、‘洛阳红’牡丹的综合碳汇效应较弱，其中金叶梣叶槭、红叶碧桃、紫叶李和紫叶小檗等属常年异色叶 树种。
表3 乔木类树种聚类分析结果

Tab. 3 Results of cluster analysis of the arbor species

聚类
类型		 聚类中心 与聚类中心
的距离		 树种
单位土地面积年固
碳量（标准化数值）		 单株年固碳量
（标准化数值）
1 −0.272 2.238 0 旱柳
2 1.044 1.002 1.806 榆、毛泡桐、杜仲、七叶树
3 0.186 −0.496 2.772 白杄、山桃、金叶榆、流苏树、圆柏、日本晚樱
4 −1.255 −0.818 3.210 秋火焰枫、金叶梣叶槭、紫叶李、红叶碧桃
表4 灌木类树种聚类分析结果

Tab. 4 Results of cluster analysis of the shrub species

聚类
类型		 聚类中心 与聚类中心
的距离		 树种
单位土地面积年固
碳量（标准化数值）		 单株年固碳量
（标准化数值）
1 −0.099 2.372 0 毛樱桃
2 −0.830 0.813 1.722 荆条、鸡树条、黄刺玫
3 1.213 0.064 2.655 贴梗海棠、平枝栒子、冬青卫矛、小叶黄杨、水栒子
4 −0.579 −0.855 3.263 连翘、‘绯扇’现代月季、木槿、接骨木、紫叶小檗、‘洛阳红’牡丹

3 讨论

3.1 北京市30种常用园林绿化树种碳汇效应差异比较

植物通过光合作用将大气中的CO2转化、固定为有机碳进行储存，并释放出氧气，这是植物碳汇的生理基础。本研究中供试树种的日均光合速率总体呈现季节性变化，且不同树种的日均光合速率存在明显差异，这是造成不同树种单位叶面积、单位土地面积和单株年固碳量明显不同的主要因素。
叶片是植物进行光合作用的主要器官，不同树种叶片净光合效率直接表现在单位叶面积年固碳量这一指标上[19]。本研究中单位叶面积年固碳量在Ⅱ级及以上的树种均为落叶阔叶乔木，而常绿针叶乔木圆柏、白杄则属于Ⅲ级。原因是圆柏、白杄虽然绿期较长，但相较于落叶阔叶植物日均光合速率较低，致使其单位叶面积年固碳量相对较低。常绿树种往往倾向于将更多的营养物质用于增加叶肉细胞密度及细胞壁韧性，因此一般具有更高的比叶重[20]。同时，已有研究表明寿命长、比叶重高的树种光合速率相对较低[21]。这是常绿树种抵抗寒冷等逆境的一种方式。本研究发现乔木与灌木类树种在单位叶面积年固碳量方面的差异不显著，这与康红梅等[22]和刘雪莲等[23]的研究结果相似。
植物单位土地面积年固碳量指单位冠幅投影面积内叶片的年固碳总量。单位土地面积年固碳量与叶片净光合速率、叶面积指数正相关。叶面积指数表征了树冠郁闭度和叶片疏密程度，其值越高，说明单位冠幅投影面积内能进行光合作用的叶片面积也越大。在叶面积指数排名前10的供试树种中，除圆柏外，其余树种单位土地面积年固碳量均在Ⅱ级及以上。圆柏虽然叶面积指数较高，但日均光合速率在供试树种中仅排倒数第二，故其单位土地面积年固碳量表现不佳。乔木类树种的单位土地面积年固碳量平均值与中位数均高于灌木类树种，但二者差异并不显著，这可能是因为本研究选取的小叶黄杨、冬青卫矛、紫叶小檗、平枝栒子、贴梗海棠等灌木在城市绿地中多以绿篱、 色块或灌木球等形式应用，需要频繁修剪以保证其特定观赏形态，因此受修剪影响上述树种一般枝叶较为致密，叶面积指数较高，从而使单位土地面积年固碳量相对较高，减小了与乔木类树种的差异性。尽管上述树种在灌木类树种中具相对较高的单位土地面积年固碳量，但在修剪时多会用到绿篱机等耗油机械设备，因此养管过程中人为造成的碳排放增多，反而可能会对城市绿地碳汇造成负面效应，在低碳园林应用中应加以综合考量[24]。
植物单株年固碳量指植物全株总叶面积年固碳量，全株总叶面积与单株总叶量、单叶面积呈正相关。在平均单株总叶量上，本研究中乔木与灌木类树种间存在数量级上的差异，因此在单株年固碳量上，乔木类树种显著高于灌木。已有研究表明，植株个体大小对木本植物单株日固碳量起主导作用[25]。陈高路等[26]的研究显示植物单株日固碳释氧量与株高、胸径呈显著正相关。本研究中单株年固碳量达到Ⅱ级及以上的旱柳、毛泡桐、榆、七叶树和杜仲为供试树种中平均株高、胸径最大的树种，与该规律相似。
由于单一的碳汇效应指标难以综合评价植物固碳能力，本研究选取描述植株层次固碳能力的单位土地面积年固碳量和单株年固碳量，分别评价乔木类、灌木类树种的综合碳汇效应，发现乔木中旱柳、榆的综合碳汇效应较强，这与前人研究结果相符[27]。
金叶榆是榆的栽培变种，其综合碳汇效应不及原种。紫叶李、红叶碧桃和紫叶小檗3种常年异色叶树种的综合碳汇效应也较弱，这可能与其叶肉中参与光合作用的色素变异有关[28]，光合色素减少致使光合速率下降[29-30]，从而减弱了碳汇效应。但是也存在部分常年异色叶树种在叶绿素含量较低或叶绿体缺陷的情况下光合作用效率较高，其碳汇效应未受显著影响[31-32]。因此，常年异色叶树种在低碳园林中的应用还需进一步研究和探讨。

3.2 北京市低碳园林绿化树种选择与植物景观营建策略

在低碳园林实践中，园林植物应用要从适应性以及生态、美学、功能等多角度综合考虑。在坚持“适地适树”的原则及满足综合功能需求的基础上，从碳汇角度出发，应充分应用固碳能力较高的乔木，将其作为城市绿地的基本骨架植物。榆、白杄、毛泡桐等叶面积指数、单位土地面积年固碳量较高的乔木更适宜成片、成林种植，这是因为乔木成片种植时，群落内部光照不均，可能会产生偏冠、冠幅变小、削枝等现象，在这种情况下，单位土地面积年固碳量较单株年固碳量对树种实际固碳能力的解释性更强。旱柳、七叶树、杜仲等在壮年期规格（胸径、株高）大、单株年固碳能力较高的乔木更适宜孤植或疏植，这样可以使这些树种有较为充分的生长空间，使树种壮年期具有较大的总叶面积。虽然本研究中乔木类树种单株年固碳量显著高于灌木类树种，但灌木在园林综合功能的发挥上仍具有不可替代的作用，且垂直复层结构的植物群落较双层、单层具有更强的碳汇增持作用[33]。毛樱桃等大灌木的综合碳汇效应较强，可考虑多加以应用。冬青卫矛、小叶黄杨、平枝栒子等灌木常以绿篱、色块等形式应用，频繁修剪等养管措施有可能产生较多的碳排放。这类灌木虽然具有较高的单位土地面积年固碳量，但在低碳园林建设中应谨慎应用，或尽量减少养护频率，使其以自然状态生长。在实际营建中，除了选用综合碳汇效应较强的树种，园林植物的群落结构也会影响其固碳能力，应对此予以考虑，如注意控制群落密度。已有研究表明城市绿地中植物群落种植密度控制在0.2~0.4株/m2的群落的固碳释氧效益最佳[34]。中龄、成熟龄树自身碳储量较高，幼龄树固碳潜力强，科学搭配不同树龄树木可有效保证园林植物群落固碳稳定性[35]。营建低碳园林植物景观还应从全生命周期角度出发，减少建植、养管、废弃处置等各环节的人为碳排放，综合增汇和减排2个方面的措施，使城市绿地具有更强的碳汇效应。

4 结论

本研究在对北京市30种常用园林绿化树种光合速率进行周年观测的基础上，核算了不同树种的单位叶面积年固碳量、单位土地面积年固碳量和单株年固碳量3项指标。研究结果表明，供试树种中常绿、落叶树种在不同季节的日均光合速率均值变化规律均表现为夏季>春季>秋季>冬季；乔木与灌木类树种的固碳能力差异主要体现在单株年固碳量上。乔木与灌木类树种的单位土地面积年固碳量差异不显著，这可能与部分灌木类树种的应用形式有关。聚类分析结果显示，乔木中旱柳、榆、毛泡桐、杜仲、七叶树，灌木中毛樱桃、荆条、鸡树条和黄刺玫的综合碳汇效应较强。在未来的研究中，可进一步探讨常年异色叶的变种、品种与其原种固碳能力的差异，以及园林绿化树种全生命周期碳收支能力等方面的问题，进一步为北京市低碳园林植物景观营建提供科学依据。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

文中图表均由作者绘制。

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