作者 李熙波
城市绿地随城市化迅速扩大在改善城市生态环境的同时具有可观的碳汇效益。目前,我国已主动承诺大幅降低碳排放强度,但我国传统森林碳汇的提升难度正逐渐加大,如能准确评估城市绿地的固碳能力,则对我国缓解减排压力、实现减排承诺都非常有意义。
本研究通过在城市化进程迅速的中国沿海省会城市——福州市内的闽江公园内(26003’N，119°15’E)选择临近分布的番石榴(Psidium guajava)、南洋杉(Araucaria cunninghamii)和黄花槐(Sophora xanthantha)片林以及各自毗邻的沟叶结缕草草坪(Zoysia matrella)为研究对象,采用样方清查法与碳平衡法,估算了各绿地的碳汇效益,并针对当前城市绿地碳循环研究的薄弱环节——地下碳过程开展了系统的研究,探讨了土壤关键碳通量——土壤呼吸和地下凋落物碳归还的调控机制,以及二者在两种城市绿地覆被下的差异,并进一步探讨城市绿地土壤有机碳的形成机制。这对客观评价城市绿地的碳源汇功能,揭示其碳汇机制,以及完善我国碳预算都具有重要意义。
研究结果表明：片林植被碳库要明显高于比邻草坪,同时也具有更高的生态系统总碳库。与临近的片林相比,草坪土壤呼吸速率均表现出高值更高,低值更低的特点,草坪生态系统的土壤呼吸及其组分具有更高的Q1o值,表明草坪土壤呼吸对末来环境因子变化的响应更为敏感。片林地上凋落物动态呈现为双峰模式,峰值分别出现在春季4-5月份和夏末秋初的8-9月份。草坪的修剪分别在5月和10月,各草坪全年地上草屑总量(4.1-4.8t.C.hm-2.a-1)要高于片林全年地上凋落物总量(2.5-4.0t·C.hm-2.a-1)。各片林之间地下凋落物归还峰值出现的月份各不相同。相对而言,各草坪根系的死亡动态之间比较接近,基本上从4月份起根系死亡量开始逐渐增加,于秋季10月份达到最大值。片林全年根系碳归还量在4.2-7.2t·C·hm-2.a-1之间与各自毗邻草坪(5.8-7.0t·C·hm-2·a-1)并无显著差异(P0.05)。各绿地中,黄花槐凋落物的分解速率最快,分解系数为3.54。各草坪凋落物的分解速率次之,并且彼此较为接近在2.90-2.98之间。南洋杉与番石榴的最小分别为1.09和1.22。
野外同位素实测数据表明,在建植10a的草坪表层0-20cm土壤中,源自于草坪植物的SOC占42%,在整个培养过程中,5%(CL)和10%(CH)草屑添加量处理的C02的累计排放量(分别为2.94mg C·g-1soil和3.61mg C·g-1soil)显著高于对照(CK,1.2mg C·g-1soil,P0.05)。其中C4-CO2为CL和CH累计排放C02的主要组成,分别占累积排放的64.5%和80.2%。此外,草屑添加处理还可显著提高培养土壤微生物生物量、土壤的潜在可矿化碳量SOC分解系数。这些结果表明C4相对于土壤原有的C3对于微生物代谢而言具有更高的底物可利用性,能刺激微生物生物量增加,同时提高土壤SOC潜在可矿化碳量,有助于SOC的形成。
全年片林净初级生产力(NPP,10.3-14.0t.C.hm-2·a-1)与草坪NPP(11.8-13.1t·C·hm-2·a-1)相当,但片林的净生态系统生产力(NEP,4.20-6.47t.C·hm-2·a-1)明显高于草坪(1.8-3.4t·C.hm-2·a-1)。片林与草坪NEP的流向差异体现在：片林的植被碳库累积速率均高于毗邻草坪,而土壤碳库累积速率相对较低。造成这种差异的原因除了有片林和草坪植物自身碳分配的差异外,二者人为管理措施的不同也是原因之一。此外,片林人为移出地上凋落物的不同去向将给其碳汇估算带来一定的不确定性,而草坪土壤碳汇存在时间期限,建植4年和8年的草坪土壤固碳速率分别可达1.4t·C·hm-2·a-1和1.3t·C.hm-2.a-1,但建植10年的草坪土壤固碳速率就迅速降低自0.4t.C.hm-2.a-1。
上述数据和研究结果表明,尽管草坪具有更高的土壤固碳速率,但城市片林比草坪具有更高的生态系统碳汇。因此在城市绿化中,从碳汇效益角度考虑,应尽量优先考虑种植片林,并采用合理的管理措施避免片林碳汇流失。
