摘要：采用红外CO2测量仪对北京奥林匹克森林公园2007年度的CO2浓度变化特征进行连续跟踪测量。结果表明：公园内CO2浓度存在明显的日期、季节变化规律，主要影响因素有植被光合作用、植被呼吸作用、土壤呼吸作用等。公园内部样点间也存在明显的梯度变化规律，主要影响因素有绿化覆盖率、植被生长状况、植被类型等。

　　关键词：二氧化碳浓度；植被生态效应；北京奥林匹克森林公园；二氧化碳交换

　　Abstract: The CO2 concentration in Beijing Olympic park was measured continuously with a CO2 infra-red analyzer in 2007.The results showed that the CO2 concentration in the park had striking characteristics of temporal-spatial variations, Main factors are Vegetation photosynthesis, Vegetation respiration, Soil respiration and so on. There are Obviously Changes of gradient，Main factors are Green Coverage，Vegetation Growth ，Vegetation Types and so on.
Key words:CO2-concentration；Vegetation ecological effects；Beijing Olympic park；CO2-exchange

　　1　引言

　　众所周知，空气是由氮气(78%)、氧气（21%）、稀有气体（0.94%）、二氧化碳（0.03%）、其它气体和杂质（0.03%）构成。空气的每一种成份，对于生物的生命生活都具有重要的意义，而其中某些成分的比例变化通常能够标示空气质量优劣。

　　二氧化碳是空气组成成分之一，虽然其组成比例较小，但是对于生物尤其是绿色植物和动物却意义重大(Bazzaz.1991)。绿色植物利用空气中的二氧化碳、阳光和水合成营养物质，在此过程中，氧气被释放出来。人类和其他动物呼吸空气来获取氧气，动物还需要氧气从摄入的食物中获取能量（Yang.P.C.1999）。一定水平的二氧化碳浓度对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必要的，过高或者过低的二氧化碳浓度都会对生理活动产生不利的影响(Brooks.JR.1997)。

　　此外，现在二氧化碳浓度被社会普遍关注是因为二氧化碳是温室气体之一。其源于化石燃料（煤、石油）燃烧、农业和畜牧业的中间过程、垃圾处理等领域。2007年大气中二氧化碳浓度达到了379μmol•mol-1，是地球历史上65万年以来的最高值。而且过去十年中大气二氧化碳浓度以每年1.8μmol•mol-1的速度增长。由于二氧化碳的化学惰性，并不能通过光化学或化学作用去除，最主要的消耗途径之一是绿色植物的光合作用：
6CO2 + 12H2O →C6H12O6+ 6O2+6 H2O

　　相对于乡村环境，城市环境的空气中因为人类活动和工业生产，二氧化碳浓度较高。所以城市环境中的绿色植物对于城市空气质量的改善更具有重要的意义。大面积的绿色植物能够构建一个空气质量相对较好的小环境，也能够对一定范围内的城市环境产生改善作用。

　　2　研究样地与研究方法

　　2.1　样地概况

　　北京奥林匹克森林公园（以下简称奥运森林公园）是实现2008北京“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”目标的一个重要载体。奥运森林公园的设计理念“通往自然的轴线”，充分体现出生态学思想，反映了近自然生态设计的理念。奥运森林公园大规模（约700公顷）的近自然山水格局构建为植物的生长繁衍提供了适合的基底，大量的原有植被和乡土植物应用也为植被生态效应的实现提供了保证。

　　2007年是奥运森林公园规划建设的第三年，植物种植工程已经基本结束，其生长势也在逐渐恢复，植被的生态效应已经开始显现，这时进行的生态因子测量，具有重要的理论研究意义和现实意义。

　　2.2　样点概况

　　对照点A：位于北京林业大学主楼门前主入口铺装场地，周边为复层结构风景林，但人流量较大，时常有车辆通过，与清华东路中心线相距约25米。

　　对照点B：位于奥运森林公园西侧国际场馆区西侧300米居民区内，现场为铺装场地，人流量较大，附近为停车场，绿化状况欠佳。

　　奥运森林公园内样点：⑴依照均匀布置样点原则，依据大地坐标，在经纬线交叉点布置；⑵依据样点所能代表的环境典型性原则对样点位置进行局部调整。

　　经过选择性布点和局部调整，奥运森林公园范围内外共选定17样点。其中：园区内部样点15个，园区边缘样点2个；南园样点9个，北园样点6个；面状水体样点4个，线状水体样点3个，绿地样点8个；复层风景林样点2个，疏林草地样点3个，原有林地样点3个。

　　2.3　研究方法

　　2.3.1　试验时间：2007年4月8日；2007年7月19日；2007年10月26日；2007年2月20日。

　　2.3.2　试验仪器：德国testo535型红外CO2测量仪

　　探头类型(mv)：双通道红外传感器
　　量程：0～9999μmo1.mol-1（0～1 Vol. %）
　　精度：±2% 测量值 (0～5000μmo1.mol-1)； ±3% 测量值 (5001～9999μmo1.mol-1)
　　分辨率：±1μmo1.mol-1 (0～9999μmo1.mol-1)  ±0.001 Vol. % (0～1 Vol. %)

　　2.3.3　试验方法

　　用CO2测量仪，晴、无风或微风天气取样，上午（8：00～11：00）、中午（11：00～14：00）、下午（14：00～17：00）重复取样3次，每个样点间隔10秒读数一次，读30个数据，去掉最大值和最小值后取平均值。

　　2.3.4　实验注意事项

　　两人合作，一人读数据、一人记录，读数据人员带口罩，并尽量减少交谈，防止人呼吸产生的二氧化碳对实验数据产生影响。测量过程中，保证探头距离地面1.3～1.5米，并尽量固定位置。

　　3　结果与讨论

　　3.1　CO2浓度的日变化特征

　　3.1.1　生长季CO2浓度日变化特征

　　北京地区生长季节为主要树种开始萌芽的4月到主要落叶阔叶树种落叶的10月。根据已有研究成果，大面积林地内二氧化碳浓度最大值出现在凌晨5：00左右，此时正是林内逆温层开始打破的日出前后（Grace.1996）。日出后二氧化碳浓度的得以迅速降低，原因之一是日照升温促使空气水平方向和垂直方向的湍流作用增强，因而积累的CO2能够快速、明显的释放(Culf.A.D.1997)；二是随着光合有效辐射增强，植被光合吸收CO2的能力也显著增强，CO2浓度因而逐渐降低，通常在下午15：00左右达到最低值。这里值得注意的是CO2浓度的最低值并非出现在光合有效强度最强的午间。日落后，随着植被的光合强度降低，CO2浓度也在逐渐增加，主要来源于土壤—大气与植被—大气的呼吸释放过程( Skelly. 1996; Elberling. 2003)。

　　通过对图表的分析，我们注意到在样点测量时间范围内，CO2浓度变化较为明显。在上午7：30到下午15：30，有一个较为明显的降低过程，由375μmo1．mol-1降到315μmo1．mol-1，平均降幅达到60μmo1．mol-1，而且上午时间段的降低幅度要大于下午的降低幅度，这可能与中午时分温度过高，蒸发量较大，气孔关闭叶片萎蔫而植被的光合效率受到一定的影响所致。15：30以后从16：00开始，CO2浓度开始升高，直到本次测量结束后的17：00，其浓度仍在升高过程中。

　　通过样点与对比样点间CO2浓度的变化对比，两个对比样点起始浓度均高于样点浓度，可见在城市环境中，对CO2浓度的增加值影响度上，人为活动要高于土壤和植被呼吸的影响力。CO2浓度变化过程中，三样点均呈现降低趋势，然而降低速率却不尽相同，相对速率为：园内样点〉对照点A〉对照点B。原因是植被光合作用能够使环境中的二氧化碳浓度迅速降低，而较少植被覆盖又多人为影响的地区因为这种消减作用缺乏而浓度降低速率较慢。

　　根据已有研究成果，夜间由于土壤和植被的呼吸作用逐渐增强，CO2浓度也在逐渐增加，直到日出前后的4：00～5：00左右（Buchmann.1996.1997）。昼间植被的光合作用能够使环境二氧化碳浓度降低，两者在较长的一段时间内维持一个动态的平衡。如果在较少植被光合等消减作用而多人为活动等增加作用的城市环境中，CO2浓度的这种平衡被打破，若长期的平衡破坏，就会导致大气中CO2含量持续增加，这也就是目前全球大气中CO2浓度较高和持续增加的原因之一。

　　由奥运森林公园内样点CO2平均浓度分布图可以看出，由南北中心园区向四周扩展，CO2浓度呈现一定的增加趋势，到达城市主干道样点，CO2浓度也达到最高。南园中心园区为主山“天镜”景点，这一点CO2浓度达到最低值除位于复层结构风景林中心区域外，可能还与其垂直高度相关。同时，在保留原有绿化现状的区域，其CO2平均浓度也低于绿化种植区域。这两种变化趋势，均与植被的光合作用消减CO2有关，同时，生长状况较好的树木在消减效率方面要高于新栽植的树木。

　　3.1.2　非生长季CO2浓度特征

　　北京地区的非生长季节为11月至翌年3月。在这一期间，由于植被的光合作用缺乏而土壤呼吸、人为活动的影响，CO2浓度高于生长季节的CO2日平均浓度。

　　测量时间内，二氧化碳浓度的变化趋势与生长季节类似，浓度最低值出现在13：00左右，日平均降幅为55μmo1.mol-1。这可能与冬季常绿树种的光合作用相关（Dolman.2002）。

　　通过样点与对比样点间二氧化碳浓度的变化对比，两个对比样点起始浓度仍高于样点浓度，且变化幅度小而日平均浓度也较高。

　　3.2　CO2浓度的年度变化特征

　　测量数据反映，奥运森林公园内CO2年平均浓度约为388μmo1.mol-1，由年度变化曲线可以看出，3月至翌年2月，CO2平均浓度呈先降后升的趋势，变动范围较大，约为115μmo1.mol-1，同时可以看出冬季（12月～2月），1月下旬CO2浓度出现年度最高值，为443μmo1.mol-1；春季（3月～5月）平均浓度高于秋季（9月～11月），夏季CO2平均浓度最低，为318μmo1.mol-1，最低值为295μmo1.mol-1。

　　4　 结论

　　4.1　北京奥运森林公园内部样点呈现水平梯度变化规律，相关因素有绿化覆盖率、植被生长状况、植被类型等。

　　4.2　北京奥运森林公园样点的二氧化碳浓度变化呈现明显的日变化、季变化规律，相关因素有植被光合作用、呼吸作用、土壤呼吸作用等。

　　4.3　2007年北京奥运森林公园内平均二氧化碳浓度约为388μmo1.mol-1，其月平均最高值出现在1月，为443μmo1.mol-1，最低月出现在8月，为318μmo1.mol-1，平均年变化幅度达 115μmo1.mol-1。

　　4.4　北京奥运森林公园范围内生长季与非生长季二氧化碳浓度存在很大差异，生长季最低浓度为295μmo1.mol-1，非生长季最低浓度为383μmo1.mol-1，变化幅度为88μmo1.mol-1。生长季节二氧化碳浓度日变化幅度较大，测量时间范围内为60μmo1.mol-1，非生长季节测量时间内二氧化碳变化幅度为55μmo1.mol-1，略小于生长季，但其日平均浓度明显高于生长季。

参考文献：
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致谢：感谢北京林业大学2006级研究生胡淼淼、夏冰、马越、赵君等同学在试验过程中鼎力相助。