高原西宁高效固碳城市木本植物筛选：季节性光合动态与冠层碳固存潜力

《Trees, Forests and People》：Screening Carbon?Efficient Urban Woody Plants in High?altitude Xining: Seasonal Photosynthetic Dynamics and Canopy Carbon?Sequestration Potential

　　

城市绿地日益被期望支撑市政碳减排，然而针对高海拔寒冷城市的物种水平证据仍然匮乏。研究人员于2025年生长季（5—10月）在中国西宁（海拔2261 m）16个城市绿地站点，对106种常见城市木本植物（58种乔木、48种灌木）量化了季节性净光合速率（Pn），并结合野外结构测量所得总叶面积、i-Tree Eco叶面积参数及灌木专用异速模型估算生长季冠层CO2同化潜力。跨物种平均Pn总体呈单峰季节格局，7月达峰（9.49±0.21 μmol m-2 s-1），春、秋季较低。估算的生长季冠层CO2同化潜力在分类群与生活型间差异显著：乔木中榆树（Ulmus pumila）最高（146.48±33.71 kg CO2 yr-1），依次为白杨（Populus alba）与青杨（Populus cathayana）；灌木中沙棘（Hippophae rhamnoides）最高（0.852±0.152 kg CO2 yr-1），依次为沙枣（Elaeagnus angustifolia）与女贞（Ligustrum sinense）。落叶阔叶种总体优于常绿针叶种，表明在短生长季下高峰季高同化量与大树冠叶面积可抵消较短持叶期的劣势。聚类将乔木与灌木分为五类绩效等级，支持耦合碳绩效与空气质量、热舒适及游憩协同效益的公园、道路与居住区定点种植模板。结果为西宁碳高效城市木本植物选择提供单生长季筛选基线，待多年监测、叶面积验证与全生命周期碳核算补充。

研究背景方面，城市绿地（UGS）作为气候适应与减缓策略的重要组成部分，其树木与灌木可通过光合作用吸收CO₂并储存于生物质，同时提供遮荫、降温与空气质量改善等生态系统服务。在中国“双碳”目标下，面向碳功能的城市绿化不能仅依赖增加绿量，物种选择尤为关键。现有城市树木碳评估多通过植被调查、生物质增量、异速方程或i-Tree/UFORE类模型间接估算碳储量与固碳量，难以反映高海拔寒冷城市中低温、强辐射、夏季水分限制与早秋降温对短生长季内碳同化的生理约束。西宁位于青藏高原东北缘（2261 m a.s.l.），半干旱高寒气候、无霜期约150天，植物选择长期依赖抗寒耐旱与观赏经验，缺乏物种水平CO₂固存潜力证据。为此，研究人员在西宁16个代表绿地站点开展2025年5—10月生长季观测，旨在描述常见木本植物季节P_n动态、由叶片光合与总叶面积（TLA）量化生长季冠层CO₂同化潜力、并建立聚类种植框架，为公园、道路与居住区提供碳导向种植模板。该文发表于《Trees, Forests and People》。

关键技术方法上，研究人员从西宁主城区绿地调查与实地核查中选定106种木本植物（58乔木、48灌木），每物种选3株典型个体（乔木DBH≥5 cm，灌木冠幅≥50 cm）。使用GFS-3000便携气体交换系统于5—10月每月选适宜日进行08:00—18:00间2小时间隔的 diurnal P_n测量，叶室跟踪环境CO₂、自然光与气温。乔木TLA采用i-Tree Eco v6异速法（TLA=S×LAI×(1-f_v)），灌木TLA采用圆柱冠体×叶面积密度（LAD）×健康校正系数估算。生长季冠层CO₂同化潜力以分层蒙特卡洛框架（B=10000）整合昼间P_n对时间积分与TLA，并传播夜间呼吸校正与个体间变异不确定度。

研究结果部分，季节性P_n动态显示跨物种平均P_n呈单峰曲线，7月峰值9.49±0.21 μmol m^-2 s^-1，春末与秋初递减；落叶阔叶乔木与灌木在高峰月显著拉高昼间同化。生长季冠层CO₂同化潜力估算表明乔木以榆树（146.48±33.71 kg CO₂ yr^-1）、白杨、青杨居前，灌木以沙棘（0.852±0.152 kg CO₂ yr^-1）、沙枣、女贞居前；落叶阔叶种凭借高峰季P_n与较大TLA优于常绿针叶种。基于同化潜力与形态聚为五类绩效等级，研究人员据此提出公园、道路、居住区三类空间耦合碳绩效—空气质量管理—热舒适—景观价值的种植模板。

讨论与结论部分，研究人员指出该研究将连续生理生态数据转化为可操作的决策支持工具，弥补了高海拔寒冷城市超百物种木本植物筛选空白。“年潜力”特指5—10月地上冠层累积同化而非全年净生态系统碳汇。结论认为：西宁常见木本植物中落叶阔叶乔木（如榆树、杨属）与特定灌木（如沙棘）具更高生长季冠层CO₂同化潜力；短生长季下高峰季同化率与TLA权重超过持叶期长度；五类聚类框架可支撑不同绿地类型的碳高效种植选择。研究局限为单生长季基线，需多年监测、直接性状测量与全生命周期碳核算完善。整体为青藏高原东北缘高寒城市木本植物碳筛选提供首份物种水平生理—结构耦合证据基线与种植参考。