本文部分內(nèi)容摘自：安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),Journal of Anhui AgriSci.2012,40(18):9688-9689

概述

工業(yè)化的迅速發(fā)展導(dǎo)致綠地面積大幅減少，大氣環(huán)境日益破壞，生存環(huán)境不斷受到威脅。綠色植物作為生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，具有固碳釋氧的天然生理機(jī)能。固碳釋氧作為一種重要的生態(tài)功能，在自然界的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著重要的調(diào)節(jié)作用。它對(duì)減輕自然環(huán)境的壓力，消弱“溫室效應(yīng)”、“熱島效應(yīng)”的影響，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的自我保護(hù)和良性循環(huán)起著重要的作用［1］。

一、固碳釋氧定義

固碳（Garbon sequestration）,也叫碳封存，指以捕獲碳并安全封存的方式來取代直接向大氣中排放 CO2的過。釋氧(Oxygen Release)指某物質(zhì)經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)變化釋放出O2的過程［2］。對(duì)于綠色植物，固碳釋氧指在可見光的照射下，利用葉綠素等光合色素，將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為能夠儲(chǔ)存的有機(jī)物并釋放出O2，維持空氣中的碳氧平衡的生化過程。

二、研究意義

空氣是人類生存所不可缺少的物質(zhì)，是重要的外環(huán)境因素之一。由于人類的活動(dòng)頻繁，煤、石油、天然氣等消耗量激增,大氣中 CO2含量不斷增加。在過去的100年中CO2含量由295ul/L增加到320ul/L，引起大氣升溫，產(chǎn)生熱島效應(yīng)，形成上空逆溫層，加劇了空氣的污染［3-4］。有研究表明當(dāng)空氣中 CO2，濃度達(dá)到0.05% 時(shí),人的呼吸受到影響；當(dāng)含量達(dá)到0.2%-0.6%時(shí)更加危害人體健康［5］。綠色植物通過光合作用吸收 CO2和放出O2。這對(duì)于保持空氣中 CO2和O2的濃度，緩解或消除局部缺氧，改善局部地區(qū)空氣質(zhì)量，調(diào)節(jié)大氣碳氧平衡顯得尤為重要。因此，開展植物固碳釋氧研究，不僅能夠探索植物光合作用的生理機(jī)能，而且可為生態(tài)環(huán)境改善、綠地規(guī)劃設(shè)計(jì)等提供重要依據(jù)。

三、研究現(xiàn)狀

植物固碳釋氧的研究始于20 世紀(jì)六七十年代，近十幾年才被人們所重視。我國對(duì)植物固碳放氧的研究起步較晚，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，林植物固碳放的研究才有了發(fā)展，逐漸取得一定的研究成果。

20世紀(jì)70年代以來，綠化植物的生態(tài)效益研究得到廣泛的發(fā)展，研究內(nèi)容涉及降溫增濕、吸收 CO2及有害氣體、釋放O2，抗污、滯塵、殺菌和減低環(huán)境噪音等［6］。目前的研究又有了新的進(jìn)展，已從植物個(gè)體、群體的生態(tài)效益以及植物生態(tài)效益的生理機(jī)理等發(fā)展到定量研究這種作用與綠地定額的關(guān)系。在研究大氣污染方面，不但研究植物對(duì)污染物的凈化能力，而且較全面地分析植物葉片污染物含量的積累途徑以監(jiān)測(cè)大氣污染的程度和評(píng)價(jià)大氣環(huán)境質(zhì)量。研究表明，當(dāng)綠化覆蓋率達(dá)到30%以上時(shí)，CO2的瞬時(shí)質(zhì)量濃度呈直線有規(guī)律的下降；當(dāng)綠化覆蓋率達(dá)到50%時(shí)，空氣中的CO2保持在正常質(zhì)量濃度320 mg/kg。每公傾公園綠地每天可吸收C02  900 kg，可產(chǎn)生 O2600 kg［7］。

李輝等比較分析了北京城市居住區(qū)3種種結(jié)構(gòu)型的綠地(喬灌草型、灌草型和草坪型)對(duì)環(huán)境的降溫增濕和CO2調(diào)節(jié)作用，定量評(píng)估了3 種綠地夏季降溫增濕效應(yīng)。研究表明，喬灌草型綠地改善環(huán)境碳氧平衡、降溫增濕方面的作用優(yōu)于灌草型和草坪型2種綠地［6,8］。宋西德等選擇單株林木、片林、灌木林、草坪4 種典型綠地，以裸地為對(duì)照，對(duì)不同綠地在中心點(diǎn)不同距離水平方向及垂直方向降低空氣溫度、增加空氣濕度進(jìn)行了觀測(cè)與研究，并對(duì)城市不同綠地的生態(tài)效應(yīng)做出比較［9］。王曉明等以位于亞熱帶地區(qū)的城市公園綠地為例，選取碳氧平衡、水土涵養(yǎng)和小氣候調(diào)節(jié)3個(gè)方面的 CO2 - O2吸釋量、群落需水量、保土量、蒸散耗熱量等指標(biāo)，對(duì)城市公園植被的不同群落結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了生態(tài)效應(yīng)的定量評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，有喬灌草3層結(jié)構(gòu)的林地群落的生態(tài)效應(yīng)平均為單層結(jié)構(gòu)的草坪群落的2～3 倍［10］。李國泰對(duì)8種廣州園林植物進(jìn)行了氣體交換參數(shù)的測(cè)定，結(jié)果表明消耗等量水分的樹種固定二氧化碳的數(shù)量不同。同時(shí)，對(duì)不同類植物光合與水分利用效率差別的比較，可為園林植物的選擇和栽培管理提供依據(jù)［11］。

范亞民以南寧青秀山城郊風(fēng)景區(qū)作為研究對(duì)象，于2001年8月和10月對(duì)城郊綠地進(jìn)行系統(tǒng)研究，測(cè)定不同植被類型的光合作用、固碳釋氧、綠量。結(jié)果表明，以喬灌草為主的綠地類型在固碳釋氧量、葉面積指數(shù)等方面明顯優(yōu)于喬木、灌木單純一種植物的配置模式，每平方米的綠地面積上每天可固碳34.27g，產(chǎn)氧24.19g 。由此可知，綠地獨(dú)特的下墊面及復(fù)層結(jié)構(gòu)類型對(duì)環(huán)境質(zhì)量良性的生態(tài)影響是顯著的、多效的［12］。烏仁陶格斯以干旱半干早區(qū)達(dá)拉特電廠廠區(qū)綠化為例，評(píng)價(jià)了園林綠化所具有的調(diào)節(jié)碳氧平衡。根據(jù)該廠綠地系統(tǒng)中所選種的綠化樹種吸碳放氧的作用效果，落葉闊葉樹類的吸碳放氧最佳，其次為花灌木和針葉喬木樹種,草類最差［13］。史紅文等研究發(fā)現(xiàn)，灌木的光合速率和單位面積固碳釋氧量高于喬木，常綠植物的光合速率和單位面積固碳釋氧量高于落葉植物；喬木和落葉植物整株固碳釋氧量高于灌木和常綠植物［14］。譚慶等研究武漢 31 種野生地被植物，結(jié)果表明葉片顏色較深且偏革質(zhì)的植被固碳釋氧能力較強(qiáng)［15］。這主要和葉片葉綠素和花青苷的含有關(guān)?；ㄇ嘬蘸扛哂欣诠饽芪眨夂纤俾始哟?從而固碳釋氧能力高。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，地被植物的固碳釋氧能力比一般喬木和灌木低，但是喬灌草復(fù)合結(jié)構(gòu)的生態(tài)效益較高。

植物吸收CO2和釋放O2是其最基礎(chǔ)的生態(tài)功能。碳平衡效應(yīng)的研究方法是測(cè)定植物的凈光合速率來確定碳氧平衡效應(yīng)的差異，再與一定范圍內(nèi)該植物的綠量相乘，得到一種植物在一定范圍內(nèi)的效益值。有研究表明，不同的植物因生理特性不同，同化CO2和釋放O2的能力亦有差異；即使同一樹種，在不同的生長季節(jié)也有顯著的差異，生物量越大的植物光合能力越強(qiáng)，周碳釋氧量則越高，表現(xiàn)為喬木 >灌木>草本［16］?？紤]到環(huán)境因素和物種自身的差異，這一規(guī)律還需進(jìn)一步驗(yàn)證。從季節(jié)來看，植物固碳釋氧能力表現(xiàn)為夏季 >秋季>春季，主要是由于夏季溫度升高時(shí)，植物對(duì)光能的利用率或高，光合作用增強(qiáng)［17］。

四、研究方法

4.1適用產(chǎn)品

根據(jù)工況情況，M-3000C是對(duì)空間氣體連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)測(cè)量出高精度CO2和高精度CH4， 采用紅外分析儀與 GC-FID工業(yè)在線氣相色譜［分析儀選型：M-6500紅外分析儀、M-6900在線色譜分析儀（VOCI閥+色譜柱FID檢測(cè)器）］。

M-3000C氣體在線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由采樣系統(tǒng)、樣品預(yù)處理系統(tǒng)、運(yùn)行保障系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成，該系統(tǒng)具有維護(hù)標(biāo)定、故障診斷/報(bào)警功能，并配有工控機(jī)，可以連接業(yè)主指定的電腦，無線傳輸?shù)娇蛻暨h(yuǎn)端顯示器等，并上傳上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)部門。

4.2產(chǎn)品概述

通過該氣體自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取培養(yǎng)箱內(nèi)的CO2、O2、CH4氣體的濃度變化的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步掌握氣體濃度動(dòng)態(tài)變化，為建立氣體濃度變化數(shù)據(jù)庫及排放源和吸收匯估算、比較、驗(yàn)證評(píng)估系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，為有效評(píng)估固碳提供科技支撐。可以依托學(xué)校的的物聯(lián)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，建立氣體監(jiān)測(cè)體系。

本項(xiàng)目通過監(jiān)測(cè)要素，分別為二氧化碳、甲烷氣體監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)從在線監(jiān)測(cè)、分析、標(biāo)校，到觀測(cè)氣體數(shù)據(jù)規(guī)范統(tǒng)一 數(shù)據(jù)管理、數(shù)值模式分析以及業(yè)務(wù)化服務(wù)的一體化專業(yè)平臺(tái)。

氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，即：儀器分析系統(tǒng)、配套系統(tǒng)（在線進(jìn)氣系統(tǒng)，樣氣選擇與控制系統(tǒng)，標(biāo)定模塊）、氣體數(shù)據(jù)評(píng)估系統(tǒng)和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

M-3000C氣體自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從培養(yǎng)箱內(nèi)采樣口采集植物釋放中的氣體，通過采樣探頭、樣氣傳輸單元、預(yù)處理單元，送至紅外分析儀及GC-FID檢測(cè)單元。從而檢測(cè)出氣態(tài)污染物的濃度，并在控制單元的控制下進(jìn)行校準(zhǔn)功能。

產(chǎn)品正常運(yùn)行的狀態(tài)為：

A、在綠色植物生長階段，先分析監(jiān)測(cè)CO2與O2的濃度：樣氣首先由采樣探頭吸入工藝管道內(nèi)采出，通過三通閥等進(jìn)入分析柜，先一路進(jìn)入紅外分析儀進(jìn)行測(cè)量CO2與O2的濃度，分析后的氣體再循環(huán)排到培養(yǎng)箱內(nèi)，保持培養(yǎng)箱內(nèi)的氣體組分不變；

B、在植物死亡階段，通過閥門的切換，另一路氣體進(jìn)入色譜儀的十通注射閥注入色譜柱進(jìn)行分離，后送入FID檢測(cè)器檢測(cè)，檢測(cè)的信號(hào)通過分析儀器工作站軟件分析后，以數(shù)據(jù)的形式在工控機(jī)顯示CH4的數(shù)值，分析儀器測(cè)量后氣體進(jìn)入再排到培養(yǎng)箱內(nèi)，保持氣體組分不變。

4.3特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

高精度CH4的測(cè)量：系統(tǒng)氫氣、空氣流量全部采用電子流量控制，不受環(huán)境壓力、溫度變化影響，讀數(shù)準(zhǔn)確可靠；柱箱控制精度優(yōu)于±0.05℃，可編程的最大3階線性升溫，重現(xiàn)性好。 FID檢測(cè)器具有自動(dòng)點(diǎn)火功能，火焰熄滅后自動(dòng)切斷氫氣，具有氫氣泄漏監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)，安全可靠；超溫自動(dòng)保護(hù)功能，免于器件的損壞。

高精度CO2的測(cè)量：系統(tǒng)允許氣體模塊的零點(diǎn)和跨度等校準(zhǔn)操作，內(nèi)部循環(huán)式散熱和保溫結(jié)構(gòu)，恒溫控制設(shè)計(jì)，用戶可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（GSM/4G/5G）或局域網(wǎng)(有線/無線)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及故障診斷。模塊化設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，方便維護(hù)以及組合。體積小巧體積小巧，占地少，便于運(yùn)輸與安裝，低耗能。

五、結(jié)論

目前，植物固碳釋氧方面的研究已經(jīng)取得一定的成果,但是研究重點(diǎn)集中于喬木、灌木等園林植物，針對(duì)草本植物和半灌木研究較少，特別是在自然環(huán)境中生長的野生植物資源就鮮有報(bào)道。我國作為植物資源大國有著豐富的植物資源和多樣的生態(tài)環(huán)境，所以有必要開展野生植物固碳釋氧方面的研究。

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