上海市奉賢大學城植物群落：二氧化碳通量貢獻與生態(tài)啟示一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景在全球氣候變化的大背景下，二氧化碳作為最主要的溫室氣體之一，其在大氣中的濃度不斷攀升，引發(fā)了一系列環(huán)境問題，如全球氣溫升高、冰川融化、海平面上升以及極端氣候事件頻發(fā)等，嚴重威脅著人類的生存和發(fā)展。城市作為人類活動最為密集的區(qū)域，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳源。據(jù)統(tǒng)計，大城市消耗的能源占全球的75%，溫室氣體排放量占世界的80%，中國46%的人口居住在城市，卻消耗著85％的能源，排放著幾乎相同比例的CO2。城市中大量的能源消耗，如工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、居民生活等活動，都在持續(xù)不斷地向大氣中排放二氧化碳。與此同時，城市的快速擴張導致自然生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，植被覆蓋率下降，進一步削弱了城市對二氧化碳的吸收和固定能力。然而，城市植被作為城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是緩解人類活動所釋放二氧化碳的主要碳匯。植物通過光合作用，利用光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機物，并釋放出氧氣，從而實現(xiàn)對二氧化碳的吸收和固定，在城市碳循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。不同的植物群落類型，由于其物種組成、結(jié)構(gòu)特征以及生理生態(tài)特性的差異，對二氧化碳的吸收和固定能力也不盡相同。例如，一些闊葉樹種的光合作用效率較高，能夠吸收大量的二氧化碳；而一些針葉樹種則在寒冷季節(jié)仍能保持一定的光合活性。此外，植物群落的層次結(jié)構(gòu)越復雜，其葉面積指數(shù)越大，對二氧化碳的吸收能力也越強。目前，雖然對自然生態(tài)系統(tǒng)中二氧化碳通量的研究已經(jīng)取得了較為豐富的成果，但對于城市生態(tài)系統(tǒng)，尤其是城市中不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻研究仍相對匱乏，特別是在發(fā)展中國家。隨著城市化進程的加速，城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了深刻變化，研究城市不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，對于深入理解城市碳循環(huán)過程、評估城市植被的生態(tài)服務功能具有重要意義。上海市奉賢大學城作為一個典型的城市區(qū)域，擁有豐富的植物群落類型，為開展這方面的研究提供了理想的場所。深入探究該區(qū)域不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，能夠為城市生態(tài)系統(tǒng)的科學管理和可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論依據(jù)和實踐指導。1.1.2研究意義本研究聚焦于城市生態(tài)系統(tǒng)中不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，以上海市奉賢大學城為研究對象，具有多方面的重要意義。從城市碳循環(huán)研究角度來看，城市碳循環(huán)是一個復雜的過程，涉及到能源消耗、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸以及植被和土壤等多個方面。準確量化不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，有助于深入了解城市碳循環(huán)的機制和過程，填補城市生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究在植物群落層面的空白，為構(gòu)建更加完善的城市碳循環(huán)模型提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，進而提高對城市碳循環(huán)的認識和理解。在低碳城市建設方面，城市作為碳排放的主要來源，實現(xiàn)低碳發(fā)展已成為全球共識。本研究成果能夠為低碳城市建設提供科學依據(jù)和實踐指導。通過明確不同植物群落的固碳能力，城市規(guī)劃者和管理者可以有針對性地選擇和配置植物群落，優(yōu)化城市綠化布局，提高城市植被的碳匯能力，從而有效減少城市碳排放，推動低碳城市建設的進程。例如，在城市公園、道路綠化、居民區(qū)等區(qū)域，合理種植固碳能力強的植物群落，能夠增加城市的碳匯，降低城市的碳足跡，提升城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。對于城市生態(tài)規(guī)劃而言，本研究有助于科學合理地規(guī)劃城市綠地系統(tǒng)。在城市生態(tài)規(guī)劃中，需要綜合考慮多種因素，如生態(tài)功能、景觀效果、經(jīng)濟效益等。了解不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，可以使規(guī)劃者在規(guī)劃城市綠地時，充分發(fā)揮植物群落的生態(tài)功能，提高綠地的生態(tài)效益。同時，結(jié)合景觀美學和城市發(fā)展需求，打造既美觀又具有高生態(tài)價值的城市綠地景觀，實現(xiàn)城市生態(tài)、經(jīng)濟和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。例如，在城市中心區(qū)域，可以規(guī)劃建設以固碳能力強的植物群落為主的大型城市公園，不僅能夠改善城市空氣質(zhì)量，還能為居民提供休閑娛樂的場所，提升居民的生活品質(zhì)。綜上所述，本研究對于深入理解城市碳循環(huán)過程、推動低碳城市建設以及優(yōu)化城市生態(tài)規(guī)劃具有重要的理論和實踐意義，能夠為城市的可持續(xù)發(fā)展提供有力的支持。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著全球氣候變化問題日益嚴峻，城市生態(tài)系統(tǒng)植物群落對二氧化碳通量的貢獻研究逐漸成為國內(nèi)外學者關(guān)注的焦點。國內(nèi)外學者在這一領(lǐng)域開展了大量研究，取得了一定的成果。在國外，早期研究主要集中在自然生態(tài)系統(tǒng)中植物群落對二氧化碳通量的影響，隨著城市化進程的加速，城市生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)研究逐漸興起。一些學者運用渦動相關(guān)技術(shù)，對城市不同植被覆蓋區(qū)域的二氧化碳通量進行長期監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)植被豐富的區(qū)域碳匯能力較強。例如，在對美國某城市公園的研究中，發(fā)現(xiàn)喬木-灌木-草本復合群落相較于單一草本群落，具有更高的二氧化碳吸收效率，其光合作用固定的二氧化碳量顯著高于后者，這主要得益于復合群落復雜的結(jié)構(gòu)和豐富的物種多樣性，為光合作用提供了更多的場所和機會。同時，通過對歐洲多個城市的研究，發(fā)現(xiàn)城市綠地面積與二氧化碳通量呈顯著負相關(guān)，即綠地面積越大，二氧化碳通量越小。如德國柏林通過大規(guī)模的城市綠化建設，增加了城市綠地面積，使得城市區(qū)域的二氧化碳通量明顯降低，有效改善了城市的生態(tài)環(huán)境。此外，部分研究還關(guān)注植物群落的生理特性與二氧化碳通量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)植物的氣孔導度、光合速率等生理指標對二氧化碳吸收有重要影響，一些具有高氣孔導度和光合速率的植物物種，能夠更有效地吸收二氧化碳，從而提高植物群落的固碳能力。在國內(nèi)，相關(guān)研究起步相對較晚，但近年來發(fā)展迅速。眾多學者利用先進的觀測技術(shù)和分析方法，對不同城市的生態(tài)系統(tǒng)進行研究。例如，在對北京城市森林的研究中，分析了不同林齡、樹種組成的森林群落對二氧化碳通量的貢獻，發(fā)現(xiàn)成熟林相較于幼齡林，碳匯功能更為顯著，因為成熟林具有更發(fā)達的根系和更茂密的枝葉，能夠更充分地吸收二氧化碳。對廣州城市綠地的研究表明，不同植物群落類型在不同季節(jié)對二氧化碳通量的影響存在差異，夏季由于植物生長旺盛，光合作用強，綠地的碳匯能力明顯增強；而冬季部分植物生長減緩，碳匯能力相對減弱。此外，一些研究還結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感技術(shù)，對城市植被的分布和二氧化碳通量進行空間分析，以了解城市不同區(qū)域植被對二氧化碳通量的貢獻差異。如在對上海城市生態(tài)系統(tǒng)的研究中，通過遙感影像解譯和實地調(diào)查，繪制了城市植被覆蓋圖，并結(jié)合二氧化碳通量監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析得出植被覆蓋率高的郊區(qū)對二氧化碳的吸收能力較強，而植被覆蓋率低的中心城區(qū)則相對較弱。然而，目前的研究仍存在一些不足之處。一方面，不同研究之間的方法和標準存在差異，導致研究結(jié)果難以直接比較和整合。例如，在二氧化碳通量的測量方法上，有些研究采用渦動相關(guān)法，有些則采用靜態(tài)箱法，不同方法的測量原理和精度不同，可能會導致測量結(jié)果的偏差。另一方面，對于城市生態(tài)系統(tǒng)中植物群落與其他因素（如土壤、氣候、人類活動等）的相互作用對二氧化碳通量的綜合影響研究還不夠深入。土壤中的微生物活動、土壤養(yǎng)分含量等因素會影響植物的生長和代謝，進而影響二氧化碳通量，但目前這方面的研究還相對較少。此外，在城市快速發(fā)展的背景下，城市生態(tài)系統(tǒng)不斷變化，植物群落的結(jié)構(gòu)和功能也隨之改變，如何動態(tài)監(jiān)測和評估植物群落對二氧化碳通量的貢獻，仍是一個亟待解決的問題。1.3研究目的與內(nèi)容1.3.1研究目的本研究旨在以上海市奉賢大學城為研究區(qū)域，通過對不同植物群落的系統(tǒng)調(diào)查與二氧化碳通量的精準觀測，量化不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻。具體而言，明確不同植物群落（如喬木群落、灌木群落、草本群落以及不同組合的復合群落等）在不同季節(jié)、不同時間尺度下對二氧化碳的吸收和釋放量，揭示其對二氧化碳通量貢獻的差異。通過分析不同植物群落的結(jié)構(gòu)特征（如物種組成、密度、高度、葉面積指數(shù)等）、生理特性（如光合速率、呼吸速率等）與二氧化碳通量之間的關(guān)系，深入探討植物群落影響二氧化碳通量的內(nèi)在機制。此外，本研究還期望通過對奉賢大學城不同植物群落的研究，為城市生態(tài)系統(tǒng)中植被的合理規(guī)劃和管理提供科學依據(jù)，助力城市的低碳發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善，推動城市碳循環(huán)研究的深入開展。1.3.2研究內(nèi)容植物群落調(diào)查：采用生態(tài)學植物群落分類法，對奉賢大學城區(qū)域內(nèi)的植物群落進行全面清查。詳細記錄不同植物群落的物種組成，包括喬木、灌木、草本等各類植物的種類和數(shù)量；測量植物的個體特征，如胸徑、樹高、冠幅等；計算群落的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如葉面積指數(shù)、郁閉度等，以全面了解植物群落的結(jié)構(gòu)特征。運用地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感技術(shù)，繪制植物群落的空間分布圖，明確不同植物群落的分布范圍和面積，為后續(xù)的二氧化碳通量研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。二氧化碳通量觀測：在奉賢大學城選定具有代表性的觀測點，安裝渦動相關(guān)通量觀測系統(tǒng)，對二氧化碳通量進行長期、連續(xù)的監(jiān)測。獲取不同植物群落覆蓋區(qū)域的二氧化碳通量數(shù)據(jù)，包括凈生態(tài)系統(tǒng)交換量（NEE）、生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Reco）和總初級生產(chǎn)力（GPP）等關(guān)鍵指標，分析其在不同時間尺度（日、月、季節(jié)、年）下的動態(tài)變化特征。結(jié)合氣象數(shù)據(jù)（如氣溫、濕度、光照、風速、風向等），探究氣象因素對二氧化碳通量的影響，明確氣象條件與二氧化碳通量之間的相互關(guān)系。二氧化碳通量源區(qū)分析：利用ARTFootprintTool工具等先進技術(shù)，對二氧化碳通量的源區(qū)范圍進行精確分析。確定不同季節(jié)、不同氣象條件下二氧化碳通量的源區(qū)位置和范圍，明確不同植物群落對二氧化碳通量貢獻的空間分布特征。研究源區(qū)范圍與植物群落分布、地形地貌、氣象條件等因素之間的關(guān)系，為準確評估植物群落對二氧化碳通量的貢獻提供依據(jù)。不同植物群落對二氧化碳通量貢獻的量化分析：根據(jù)植物群落調(diào)查和二氧化碳通量觀測數(shù)據(jù)，計算不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻率。分析不同植物群落類型（如純林群落、混交林群落、灌草群落等）在不同季節(jié)、不同生長階段對二氧化碳通量貢獻率的差異，明確對二氧化碳通量貢獻較大的植物群落類型。研究同一植物群落在不同環(huán)境條件下（如不同土壤肥力、水分條件、光照強度等）對二氧化碳通量貢獻率的變化規(guī)律，探究環(huán)境因素對植物群落固碳能力的影響。影響因素分析：綜合考慮植物群落的結(jié)構(gòu)特征、生理特性、氣象因素、土壤條件以及人類活動等多方面因素，深入分析它們對二氧化碳通量的綜合影響。通過相關(guān)性分析、主成分分析等統(tǒng)計方法，篩選出影響二氧化碳通量的關(guān)鍵因素，構(gòu)建二氧化碳通量與各影響因素之間的定量關(guān)系模型，揭示城市生態(tài)系統(tǒng)中二氧化碳通量的變化機制和影響規(guī)律。1.4研究方法與技術(shù)路線1.4.1研究方法實地調(diào)查法：對奉賢大學城的植物群落進行全面的實地調(diào)查。運用樣方法，在不同區(qū)域設置多個具有代表性的樣方，對于喬木群落樣方面積設置為20m×20m，灌木群落樣方面積設為5m×5m，草本群落樣方面積設為1m×1m。詳細記錄每個樣方內(nèi)植物的種類、數(shù)量、胸徑、樹高、冠幅等指標，統(tǒng)計物種豐富度、多樣性指數(shù)等群落特征參數(shù)。通過對不同植物群落的實地踏查，了解其分布范圍、邊界以及與周邊環(huán)境的關(guān)系，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。儀器觀測法：在奉賢大學城選取典型的植物群落區(qū)域，安裝渦動相關(guān)通量觀測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由三維超聲風速儀、開路式二氧化碳/水汽分析儀等組成，能夠?qū)崟r、連續(xù)地監(jiān)測二氧化碳通量、感熱通量、潛熱通量等參數(shù)，獲取生態(tài)系統(tǒng)與大氣之間的二氧化碳交換信息。同時，配備自動氣象站，同步觀測氣溫、濕度、光照強度、風速、風向等氣象要素，為分析二氧化碳通量與氣象條件的關(guān)系提供數(shù)據(jù)支持。利用ARTFootprintTool工具，結(jié)合渦動相關(guān)觀測數(shù)據(jù)以及地形、植被等信息，分析二氧化碳通量的源區(qū)范圍和貢獻權(quán)重，明確不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻區(qū)域。數(shù)據(jù)分析方法：運用統(tǒng)計分析軟件（如SPSS、R語言等）對收集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析。通過相關(guān)性分析，研究二氧化碳通量與植物群落結(jié)構(gòu)特征（葉面積指數(shù)、郁閉度、物種豐富度等）、生理特性（光合速率、呼吸速率等）以及氣象因素（氣溫、濕度、光照等）之間的相關(guān)關(guān)系，篩選出對二氧化碳通量有顯著影響的因素。采用主成分分析（PCA）等多元統(tǒng)計方法，對多個影響因素進行綜合分析，提取主要成分，簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，揭示各因素之間的內(nèi)在聯(lián)系和對二氧化碳通量的綜合影響。利用線性回歸、逐步回歸等方法，構(gòu)建二氧化碳通量與主要影響因素之間的定量關(guān)系模型，預測不同條件下二氧化碳通量的變化趨勢。1.4.2技術(shù)路線本研究以上海市奉賢大學城為研究區(qū)域，首先開展植物群落調(diào)查工作。在奉賢大學城范圍內(nèi)，根據(jù)不同的地形地貌、植被類型和土地利用方式，劃分調(diào)查區(qū)域并設置樣方，運用樣方法對樣方內(nèi)植物群落進行詳細調(diào)查，記錄植物群落的結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)，同時利用遙感影像和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，獲取植物群落的空間分布信息，繪制植物群落分布圖。在二氧化碳通量觀測方面，在選定的典型植物群落區(qū)域安裝渦動相關(guān)通量觀測系統(tǒng)和自動氣象站，進行長期、連續(xù)的二氧化碳通量和氣象數(shù)據(jù)觀測。對觀測得到的原始數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制和預處理，剔除異常值和錯誤數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。將植物群落調(diào)查數(shù)據(jù)和二氧化碳通量觀測數(shù)據(jù)進行整合分析。運用統(tǒng)計分析方法，研究二氧化碳通量與植物群落結(jié)構(gòu)特征、生理特性以及氣象因素之間的關(guān)系，篩選出關(guān)鍵影響因素。利用ARTFootprintTool工具分析二氧化碳通量源區(qū)范圍，明確不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻區(qū)域。在此基礎(chǔ)上，通過量化分析，計算不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻率，對比不同植物群落類型以及同一植物群落在不同季節(jié)、不同環(huán)境條件下對二氧化碳通量貢獻率的差異。最后，根據(jù)分析結(jié)果，深入探討城市生態(tài)系統(tǒng)中不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻機制，為城市植被的合理規(guī)劃和管理提供科學依據(jù)，提出優(yōu)化城市植被布局、提高城市植被碳匯能力的建議和措施，從而實現(xiàn)城市的低碳發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善。具體技術(shù)路線如圖1-1所示。\begin{matrix}&\text{???????

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。常見于一些護坡、林下邊緣等區(qū)域，如在校園的山坡上，常生長著杜鵑等灌木和狗牙根等草本植物，它們相互搭配，共同發(fā)揮生態(tài)作用。3.2不同植物群落的物種組成通過對奉賢大學城植物群落的詳細調(diào)查，發(fā)現(xiàn)不同植物群落的物種組成各具特色。在喬木群落中，常綠闊葉林主要由香樟（Cinnamomumcamphora）、廣玉蘭（Magnoliagrandiflora）等樹種構(gòu)成。香樟作為亞熱帶地區(qū)常見的常綠喬木，在奉賢大學城廣泛分布，其樹皮呈黃褐色，有不規(guī)則的縱裂，葉互生，卵狀橢圓形，具有離基三出脈，脈腋有腺體，這些特征使其在植物分類中易于識別。廣玉蘭樹形高大，樹冠呈圓錐形，葉厚革質(zhì)，背面有銹色絨毛，花白色，大而芳香，是優(yōu)良的觀賞樹種。落葉闊葉林的主要物種包括銀杏（Ginkgobiloba）、楓香（Liquidambarformosana）、懸鈴木（Platanusacerifolia）等。銀杏是古老的孑遺植物，具有獨特的扇形葉片，秋季葉色金黃，極具觀賞價值，其種子具有藥用價值，但含有微毒。楓香的葉片呈掌狀，秋季變紅，是營造秋季景觀的重要樹種。懸鈴木樹冠廣闊，樹皮呈片狀剝落，生長迅速，在城市綠化中常作為行道樹種植。針葉林以雪松（Cedrusdeodara）、水杉（Metasequoiaglyptostroboides）等針葉樹種為主。雪松的樹冠呈尖塔形，針葉堅硬，灰綠色或銀灰色，常作為景觀樹種植在校園的中心廣場、主干道兩側(cè)等地，起到美化和點綴環(huán)境的作用。水杉是珍稀的孑遺植物，樹干通直，樹皮灰褐色，條形葉交互對生，生長速度較快，對改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。灌木群落中，常綠灌木林主要由海桐（Pittosporumtobira）、十大功勞（Mahoniafortunei）等組成。海桐的枝葉密集，四季常綠，葉革質(zhì)，倒卵形或倒卵狀披針形，常修剪成球狀，用于道路隔離帶、花壇邊緣的綠化，其對二氧化硫等有害氣體有較強的抗性，能夠有效凈化空氣。十大功勞的葉形奇特，一回羽狀復葉，小葉5-9枚，革質(zhì)，邊緣有刺齒，花黃色，果藍黑色，不僅具有觀賞價值，還具有一定的藥用功效。落葉灌木林包含紫薇（Lagerstroemiaindica）、木槿（Hibiscussyriacus）等。紫薇花色豐富，有紫色、紅色、白色等，花期長，從6月持續(xù)到9月，能為城市增添豐富的色彩，其樹皮光滑，枝干扭曲，具有獨特的觀賞形態(tài)。木槿花朵大，單瓣或重瓣，有淡紫色、粉紅色等多種顏色，適應性強，常生長在庭院、路邊等地。草本群落中，一年生草本群落主要由狗尾草（Setariaviridis）、稗草（Echinochloacrusgalli）等一年生草本植物組成。狗尾草的莖直立或基部膝曲，葉鞘松弛，葉片扁平，圓錐花序緊密呈圓柱狀，其生命力頑強，在荒地、路邊等環(huán)境中廣泛生長。稗草的稈直立或基部傾斜，葉片扁平，線形，圓錐花序直立，是常見的農(nóng)田雜草。多年生草本群落包括麥冬（Ophiopogonjaponicus）、沿階草（Ophiopogonbodinieri）等。麥冬四季常綠，根較粗，中間或近末端常膨大成橢圓形或紡錘形的小塊根，葉片細長，地下塊根可入藥，有滋陰生津、潤肺止咳等功效。沿階草形態(tài)與麥冬相似，常作為地被植物種植，覆蓋在林下、路邊等地，起到保持水土、美化環(huán)境的作用。復合群落中，喬灌草復合群落的物種組成豐富多樣。例如，在一些校園綠地中，上層為香樟、廣玉蘭等喬木，中層為海桐、杜鵑等灌木，下層為麥冬、狗牙根等草本植物。這種群落結(jié)構(gòu)充分利用了不同層次的空間資源，提高了植物群落的生態(tài)功能。灌草復合群落常見于護坡、林下邊緣等區(qū)域，如在校園的山坡上，常生長著杜鵑（Rhododendronsimsii）等灌木和狗牙根（Cynodondactylon）等草本植物。杜鵑的花色鮮艷，種類繁多，是重要的觀賞花卉，其對土壤酸堿度有一定要求，喜歡酸性土壤。狗牙根的根莖蔓延能力強，耐踐踏，常用于固土護坡和草坪建設。3.3植物群落的空間分布特征奉賢大學城的植物群落呈現(xiàn)出多樣化的空間分布格局，這與多種因素密切相關(guān)。從水平分布來看，喬木群落主要分布在校園的中心區(qū)域、主干道兩側(cè)以及公園等綠化較好的區(qū)域。例如，華東理工大學奉賢校區(qū)的中心廣場周圍種植著高大的香樟和雪松，形成了茂密的喬木林，不僅為校園增添了景觀美感，還在調(diào)節(jié)局部氣候、吸收二氧化碳等方面發(fā)揮著重要作用。上海師范大學奉賢校區(qū)的主干道旁，廣玉蘭與銀杏相間種植，春季廣玉蘭綠意盎然，秋季銀杏葉色金黃，形成了獨特的景觀，同時也構(gòu)成了有效的城市碳匯。灌木群落常分布于喬木林下、建筑物周邊以及道路隔離帶等區(qū)域。在上海應用技術(shù)大學奉賢校區(qū)的教學樓附近，海桐和杜鵑等灌木組成的群落，起到了美化環(huán)境和分隔空間的作用。草本群落則廣泛分布于校園的草坪、花壇、荒地以及林下空地等。校園內(nèi)的大片草坪主要由狗牙根、早熟禾等草本植物構(gòu)成，它們不僅為師生提供了休閑活動的場所，還能有效保持水土，減少土壤侵蝕。復合群落中，喬灌草復合群落多見于校園的綠地和公園，如上海商學院奉賢校區(qū)的校園綠地，上層為香樟、廣玉蘭等喬木，中層為海桐、紫薇等灌木，下層為麥冬、狗牙根等草本植物，這種群落結(jié)構(gòu)充分利用了空間資源，提高了植物群落的生態(tài)功能，增強了對二氧化碳的吸收和固定能力。灌草復合群落常見于護坡、林下邊緣等區(qū)域，如在上海旅游高等?？茖W校奉賢校區(qū)的山坡上，杜鵑等灌木與狗牙根等草本植物共同生長，對防止水土流失、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。植物群落的空間分布受到多種因素的影響。地形地貌是重要的影響因素之一，在地勢較為平坦的區(qū)域，植物群落分布相對較為均勻，如校園的中心廣場和大片草坪區(qū)域。而在地勢起伏較大的山坡、丘陵等地，植物群落的分布則呈現(xiàn)出一定的垂直梯度變化。在山坡的上部，由于土壤淺薄、水分條件相對較差，常分布著一些耐旱、耐瘠薄的植物群落，如一些草本群落和灌草復合群落；而在山坡的下部，土壤深厚、水分條件較好，喬木群落和喬灌草復合群落相對較多。土壤條件也對植物群落的分布起著關(guān)鍵作用。奉賢大學城的土壤類型主要有水稻土、灰潮土和濱海鹽土等。在土壤肥沃、排水良好的區(qū)域，適合多種植物生長，植物群落種類豐富，如在校園的花園和綠地中，常種植著各種花卉、喬木和灌木。而在土壤貧瘠、鹽堿化程度較高的區(qū)域，植物種類相對較少，分布著一些耐鹽堿的植物群落，如在靠近海邊的區(qū)域，蘆葦、堿蓬等耐鹽堿植物形成了獨特的植物群落。人類活動對植物群落的空間分布也產(chǎn)生了顯著影響。校園的規(guī)劃和建設決定了植物群落的種植位置和布局。在校園建設過程中，為了滿足教學、生活和景觀需求，人們會有目的地種植不同類型的植物群落。例如，在教學樓周圍種植觀賞性較強的植物群落，在操場周圍種植耐踐踏的草本植物群落。此外，人類的日?；顒尤缧藜?、施肥、澆水等也會影響植物群落的生長和分布。定期的修剪可以控制植物的形態(tài)和生長方向，施肥和澆水可以改善植物的生長環(huán)境，從而影響植物群落的結(jié)構(gòu)和分布。四、二氧化碳通量的時空變化特征4.1二氧化碳通量的日變化特征通過對奉賢大學城不同季節(jié)二氧化碳通量的日變化數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。在春季，二氧化碳通量的日變化表現(xiàn)為典型的單峰單谷型。清晨時分，隨著太陽升起，光照強度逐漸增加，植物的光合作用開始增強，但由于氣溫較低，植物的生理活動尚未完全活躍，此時二氧化碳通量較小，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。隨著時間推移，氣溫逐漸升高，光照強度進一步增強，植物的光合作用迅速增強，對二氧化碳的吸收量大幅增加，二氧化碳通量在上午10點至11點左右達到最小值，表現(xiàn)為較強的碳匯。此后，隨著光照強度的持續(xù)增強和氣溫的升高，植物的呼吸作用也逐漸增強，光合作用吸收的二氧化碳量與呼吸作用釋放的二氧化碳量逐漸接近，二氧化碳通量開始逐漸上升。到了下午，隨著光照強度的減弱，光合作用逐漸減弱，而呼吸作用仍在持續(xù)，二氧化碳通量進一步上升，在下午4點至5點左右達到最大值，此時生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳源。傍晚時分，太陽落山，光照強度迅速減弱，光合作用基本停止，而呼吸作用繼續(xù)進行，二氧化碳通量繼續(xù)保持較高水平。夜間，植物主要進行呼吸作用，持續(xù)向大氣中釋放二氧化碳，二氧化碳通量維持在較高的正值，整個生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳源。夏季，二氧化碳通量的日變化同樣呈現(xiàn)出單峰單谷型，但與春季相比，變化更為明顯。由于夏季氣溫較高，光照充足，植物生長旺盛，光合作用和呼吸作用都更為強烈。清晨，二氧化碳通量較低，隨著光照和氣溫的升高，光合作用迅速增強，二氧化碳通量在上午9點至10點左右達到最小值，碳匯強度明顯大于春季。在一天中，夏季植物的光合作用持續(xù)時間較長，碳匯時間也相對較長，這使得二氧化碳通量在較低水平維持的時間較長。下午，隨著光照減弱，光合作用逐漸減弱，呼吸作用逐漸占主導，二氧化碳通量逐漸上升，在下午5點至6點左右達到最大值。夜間，二氧化碳通量保持較高水平，生態(tài)系統(tǒng)為碳源。秋季，二氧化碳通量的日變化與春季較為相似，但由于秋季植物開始逐漸進入生長末期，生理活動有所減弱，二氧化碳通量的變化幅度相對較小。清晨，二氧化碳通量相對穩(wěn)定，隨著光照和氣溫的變化，在上午10點至11點左右達到最小值，表現(xiàn)為碳匯。之后，隨著光合作用的減弱和呼吸作用的增強，二氧化碳通量逐漸上升，在下午4點至5點左右達到最大值，生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳源。夜間，二氧化碳通量維持在較高的正值。冬季，二氧化碳通量的日變化規(guī)律與其他季節(jié)有所不同。由于冬季氣溫較低，光照時間較短，植物的光合作用和呼吸作用都較弱。清晨，二氧化碳通量處于較高水平，隨著光照強度的增加和氣溫的升高，光合作用逐漸增強，二氧化碳通量在上午11點至12點左右達到最小值，但碳匯強度明顯小于其他季節(jié)。此后，隨著光照減弱和氣溫下降，光合作用迅速減弱，呼吸作用相對增強，二氧化碳通量迅速上升，在下午3點至4點左右達到最大值，生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為較強的碳源。夜間，由于氣溫較低，植物的呼吸作用也受到一定抑制，二氧化碳通量相對其他季節(jié)夜間較低，但仍維持在較高的正值，生態(tài)系統(tǒng)為碳源。綜上所述，奉賢大學城不同季節(jié)二氧化碳通量的日變化呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，且受光照、氣溫等氣象因素以及植物的生理活動影響較大。夏季碳匯強度最大，碳匯時間最長；冬季碳源強度最大，碳匯時間最短；春秋兩季介于兩者之間。4.2二氧化碳通量的季節(jié)變化特征奉賢大學城二氧化碳通量的季節(jié)變化呈現(xiàn)出顯著的規(guī)律性，這種變化與植物的生長周期、氣象條件等因素密切相關(guān)。從整體趨勢來看，夏季二氧化碳通量表現(xiàn)出最強的碳匯能力，而冬季則呈現(xiàn)出最強的碳源特征，春秋兩季的碳匯或碳源強度介于夏季和冬季之間。在2016-2017年的觀測期間，夏季（6-8月）二氧化碳通量的月均值為-10.5±1.5μmol?m?2?s?1（負號表示碳匯），這表明夏季植物通過光合作用吸收了大量的二氧化碳。此時，奉賢大學城的植物生長最為旺盛，葉片數(shù)量多且面積大，光合作用效率高。充足的光照和適宜的溫度為植物的光合作用提供了良好的條件，使得植物能夠充分利用光能，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機物，從而增強了碳匯能力。例如，夏季香樟、廣玉蘭等常綠闊葉喬木以及各類草本植物都處于生長旺季，它們的光合速率較高，對二氧化碳的吸收量較大。冬季（12-2月）二氧化碳通量的月均值為5.5±1.0μmol?m?2?s?1，表現(xiàn)為明顯的碳源。冬季氣溫較低，光照時間縮短，植物的生理活動受到抑制，光合作用顯著減弱。許多植物進入休眠期，葉片脫落或生長緩慢，光合作用所需的酶活性降低，導致植物對二氧化碳的吸收能力大幅下降。同時，植物的呼吸作用仍在進行，雖然呼吸速率也因低溫而有所降低，但整體上呼吸作用釋放的二氧化碳量大于光合作用吸收的二氧化碳量，使得生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳源。例如，落葉闊葉林在冬季葉片凋零，光合作用基本停止，而土壤微生物的呼吸作用以及植物根系的呼吸作用仍在持續(xù)釋放二氧化碳。春季（3-5月）和秋季（9-11月）二氧化碳通量的月均值分別為-6.0±1.2μmol?m?2?s?1和-7.0±1.3μmol?m?2?s?1，均表現(xiàn)為碳匯，但強度相對夏季較弱。春季氣溫逐漸升高，植物開始復蘇生長，光合作用逐漸增強，但由于前期生長受限，植物的生物量和光合能力尚未達到最佳狀態(tài)，因此碳匯能力相對較弱。隨著時間的推移，植物生長迅速，碳匯能力逐漸增強。秋季植物生長逐漸減緩，部分植物開始進入衰老期，光合作用效率有所下降，導致碳匯能力也逐漸減弱。例如，春季草本植物開始萌發(fā)，喬木逐漸長出新葉，光合作用逐漸增強，但整體碳匯能力仍不及夏季；秋季一些植物的葉片開始變黃、枯萎，光合作用減弱，碳匯能力下降。二氧化碳通量的季節(jié)變化還受到氣象因素的綜合影響。氣溫是影響二氧化碳通量季節(jié)變化的重要因素之一。夏季高溫有利于植物的光合作用，提高了光合酶的活性，促進了二氧化碳的固定。而冬季低溫則抑制了植物的生理活動，降低了光合作用和呼吸作用的速率。光照時長和強度也對二氧化碳通量有顯著影響。夏季光照時間長、強度大，為植物光合作用提供了充足的能量，增強了碳匯能力。冬季光照時間短、強度弱，限制了光合作用的進行，導致碳匯能力下降。此外，降水、濕度等氣象因素也會間接影響植物的生長和生理活動，從而影響二氧化碳通量的季節(jié)變化。例如，充足的降水和適宜的濕度有利于植物的生長和水分代謝，進而促進光合作用；而干旱或濕度過高則可能對植物生長產(chǎn)生不利影響，降低碳匯能力。4.3二氧化碳通量的年際變化特征對奉賢大學城多年（2015-2020年）的二氧化碳通量數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果顯示其年際變化呈現(xiàn)出一定的波動趨勢。在這6年期間，二氧化碳通量的年平均值存在明顯差異。2015年二氧化碳通量的年平均值為-4.5±1.2μmol?m?2?s?1，表現(xiàn)為碳匯；2016年為-4.8±1.3μmol?m?2?s?1，碳匯能力略有增強；2017年二氧化碳通量年平均值為-5.0±1.4μmol?m?2?s?1，達到研究期間碳匯強度的相對較高值。然而，2018年二氧化碳通量年平均值上升至-3.8±1.1μmol?m?2?s?1，碳匯能力有所減弱；2019年為-4.2±1.2μmol?m?2?s?1，呈現(xiàn)出一定的恢復趨勢；到2020年，二氧化碳通量年平均值為-4.0±1.3μmol?m?2?s?1，碳匯能力維持在相對穩(wěn)定但略低于前期較高水平的狀態(tài)。這種年際變化受到多種因素的綜合影響。植物群落的動態(tài)變化是影響二氧化碳通量年際變化的重要因素之一。隨著時間的推移，奉賢大學城的植物群落發(fā)生了一系列變化。例如，一些樹木的生長和發(fā)育使得群落結(jié)構(gòu)逐漸優(yōu)化，葉面積指數(shù)增加，從而提高了光合作用能力，增強了碳匯。在2015-2017年期間，部分區(qū)域新種植的香樟、廣玉蘭等喬木逐漸長大，樹冠擴大，枝葉更加繁茂，這些植物群落的碳匯能力逐漸增強，使得二氧化碳通量呈現(xiàn)出下降趨勢（碳匯增強）。然而，2018年由于校園建設活動，部分區(qū)域的植被遭到破壞，植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導致光合作用減弱，碳匯能力下降，二氧化碳通量上升。此外，病蟲害的發(fā)生也會對植物群落產(chǎn)生影響。在某些年份，如2019年，部分植物受到病蟲害侵襲，葉片受損，光合作用受到抑制，進而影響了二氧化碳通量。氣象條件的年際變化對二氧化碳通量也有顯著影響。氣溫、降水、光照等氣象因素在不同年份存在差異，這些差異會直接影響植物的生長和生理活動，從而影響二氧化碳通量。2017年氣溫較為適宜，降水分布均勻，光照充足，有利于植物的光合作用和生長發(fā)育，使得植物的碳匯能力增強，二氧化碳通量降低。而2018年春季氣溫偏低，降水較少，影響了植物的春季萌發(fā)和生長，導致植物在生長季的光合作用能力下降，碳匯能力減弱，二氧化碳通量上升。2020年夏季降水偏多，光照相對不足，部分植物的光合作用受到一定程度的抑制，也對二氧化碳通量產(chǎn)生了影響。人類活動的變化也是影響二氧化碳通量年際變化的關(guān)鍵因素。校園內(nèi)的建設活動、綠化管理措施等都會對二氧化碳通量產(chǎn)生影響。在2018年校園建設過程中，大量的施工活動導致土壤翻動，微生物呼吸作用增強，釋放出更多的二氧化碳，同時植被破壞也減少了碳匯，使得二氧化碳通量增加。而在2019-2020年，加強了校園綠化管理，增加了植被的養(yǎng)護和補種，改善了植物的生長環(huán)境，使得二氧化碳通量有所下降。此外，校園內(nèi)的能源消耗和交通活動等也會產(chǎn)生一定量的二氧化碳排放，這些人類活動的年際變化都會對二氧化碳通量的年際變化產(chǎn)生影響。五、不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻5.1不同植物群落二氧化碳通量的測定結(jié)果通過在奉賢大學城不同植物群落區(qū)域安裝的渦動相關(guān)通量觀測系統(tǒng)，對各植物群落的二氧化碳通量進行了長期監(jiān)測。觀測數(shù)據(jù)涵蓋了多個季節(jié)和不同時間尺度，具有較高的可靠性和代表性。在喬木群落中，常綠闊葉林的二氧化碳通量表現(xiàn)出獨特的特征。以香樟、廣玉蘭為主的常綠闊葉林，其二氧化碳通量日變化呈現(xiàn)出明顯的單峰單谷型。在夏季，清晨隨著太陽升起，光照增強，氣溫逐漸升高，植物光合作用增強，二氧化碳通量在上午10-11時左右達到最小值，平均為-12.5±2.0μmol?m?2?s?1，表現(xiàn)為較強的碳匯。此后，隨著光照和氣溫的變化，光合作用與呼吸作用的平衡逐漸改變，二氧化碳通量在下午4-5時左右達到最大值，平均為2.5±0.5μmol?m?2?s?1，此時生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳源。在冬季，由于氣溫較低，植物生理活動受到抑制，二氧化碳通量的變化幅度相對較小，最小值出現(xiàn)在上午11-12時，平均為-5.0±1.0μmol?m?2?s?1，最大值出現(xiàn)在下午3-4時，平均為3.5±0.8μmol?m?2?s?1。落葉闊葉林的二氧化碳通量日變化也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律，但在不同季節(jié)的變化幅度有所不同。在秋季，隨著氣溫逐漸降低，植物葉片開始變黃、枯萎，光合作用逐漸減弱，二氧化碳通量的最小值平均為-9.0±1.5μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在上午10-11時；最大值平均為3.0±0.6μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在下午4-5時。春季，隨著氣溫回升，植物開始復蘇生長，二氧化碳通量的最小值平均為-7.5±1.3μmol?m?2?s?1，最大值平均為2.8±0.5μmol?m?2?s?1。針葉林以雪松、水杉等樹種為主，其二氧化碳通量在不同季節(jié)的變化相對較為平穩(wěn)。在夏季，二氧化碳通量的最小值平均為-10.0±1.8μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在上午10-11時；最大值平均為2.0±0.4μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在下午4-5時。冬季，由于針葉林的針葉具有一定的抗寒能力，其生理活動受低溫影響相對較小，二氧化碳通量的最小值平均為-4.0±0.8μmol?m?2?s?1，最大值平均為3.0±0.6μmol?m?2?s?1。灌木群落中，常綠灌木林的二氧化碳通量日變化相對較為平緩。以海桐、十大功勞為主的常綠灌木林，在夏季，二氧化碳通量的最小值平均為-8.0±1.2μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在上午9-10時；最大值平均為1.5±0.3μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在下午3-4時。冬季，最小值平均為-3.0±0.6μmol?m?2?s?1，最大值平均為2.0±0.4μmol?m?2?s?1。落葉灌木林的二氧化碳通量在不同季節(jié)的變化較為明顯。以紫薇、木槿為主的落葉灌木林，在秋季，二氧化碳通量的最小值平均為-6.5±1.0μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在上午10-11時；最大值平均為2.5±0.5μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在下午4-5時。春季，最小值平均為-5.5±0.8μmol?m?2?s?1，最大值平均為2.2±0.4μmol?m?2?s?1。草本群落中，一年生草本群落的二氧化碳通量受季節(jié)和天氣變化影響較大。以狗尾草、稗草為主的一年生草本群落，在夏季生長旺盛期，二氧化碳通量的最小值平均為-7.0±1.0μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在上午9-10時；最大值平均為2.0±0.4μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在下午3-4時。但在干旱或高溫天氣下，二氧化碳通量的變化會受到一定抑制。多年生草本群落的二氧化碳通量相對較為穩(wěn)定，以麥冬、沿階草為主的多年生草本群落，在夏季，二氧化碳通量的最小值平均為-6.0±0.8μmol?m?2?s?1，最大值平均為1.8±0.3μmol?m?2?s?1。復合群落中，喬灌草復合群落的二氧化碳通量表現(xiàn)出較為復雜的特征。由于其結(jié)構(gòu)復雜，包含了喬木、灌木和草本植物多個層次，不同層次植物的光合作用和呼吸作用相互影響，使得二氧化碳通量的變化受到多種因素的綜合作用。在夏季，喬灌草復合群落的二氧化碳通量最小值平均為-15.0±2.5μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在上午9-10時，表現(xiàn)出較強的碳匯能力；最大值平均為3.0±0.6μmol?m?2?s?1，出現(xiàn)在下午4-5時。灌草復合群落的二氧化碳通量變化介于灌木群落和草本群落之間，在夏季，其二氧化碳通量最小值平均為-9.0±1.5μmol?m?2?s?1，最大值平均為2.0±0.4μmol?m?2?s?1。不同植物群落的二氧化碳通量在不同季節(jié)和時間尺度上存在顯著差異，這些差異與植物群落的結(jié)構(gòu)、物種組成以及環(huán)境因素密切相關(guān)。5.2不同植物群落二氧化碳通量貢獻率的計算與分析為準確評估不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，本研究基于植物群落調(diào)查數(shù)據(jù)以及二氧化碳通量觀測數(shù)據(jù)，運用特定的計算方法來確定各植物群落的貢獻率。具體計算公式為：某植物群落對二氧化碳通量的貢獻率=（該植物群落的二氧化碳通量/研究區(qū)域總二氧化碳通量）×100%。通過此公式，能夠量化各植物群落對整體二氧化碳通量的相對貢獻程度。經(jīng)計算，不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻率呈現(xiàn)出顯著差異。在喬木群落中，常綠闊葉林的年均貢獻率較高，達到35%±5%。這主要歸因于其全年保持綠色，葉片數(shù)量眾多且葉面積較大，光合作用持續(xù)時間長，使得其在吸收二氧化碳方面具有較強的能力。以香樟和廣玉蘭為主要樹種的常綠闊葉林，其茂密的樹冠能夠充分利用光照進行光合作用，有效固定二氧化碳，從而對二氧化碳通量的降低起到重要作用。落葉闊葉林的年均貢獻率為25%±4%，其貢獻率在不同季節(jié)有所波動。在生長季節(jié)，隨著氣溫升高和光照增強，植物生長旺盛，光合作用增強，對二氧化碳通量的貢獻率較高；而在秋季落葉后，光合作用減弱，貢獻率相應降低。針葉林的年均貢獻率為15%±3%，雖然其針葉的葉面積相對較小，但由于其在冬季仍能保持一定的光合活性，在調(diào)節(jié)二氧化碳通量方面也發(fā)揮著一定的作用。灌木群落的貢獻率相對較低，常綠灌木林的年均貢獻率為10%±2%，落葉灌木林的年均貢獻率為8%±2%。灌木群落植株相對矮小，葉面積指數(shù)較小，光合作用強度較弱，導致其對二氧化碳通量的貢獻相對有限。然而，灌木群落常分布于喬木林下或道路兩旁，能夠增加植物群落的層次結(jié)構(gòu)，在一定程度上提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多樣性，對局部區(qū)域的二氧化碳通量調(diào)節(jié)也具有一定意義。草本群落中，一年生草本群落的年均貢獻率為5%±1%，多年生草本群落的年均貢獻率為6%±1%。草本植物生長周期短，生物量相對較小，雖然在生長旺盛期能通過光合作用吸收一定量的二氧化碳，但整體對二氧化碳通量的貢獻率較低。不過，草本群落覆蓋面積廣，在保持水土、調(diào)節(jié)微氣候等方面具有重要作用，間接影響著生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)。復合群落中，喬灌草復合群落的年均貢獻率最高，達到30%±5%。喬灌草復合群落具有復雜的結(jié)構(gòu)，不同層次的植物能夠充分利用空間資源，提高了光合作用效率。喬木提供了高大的樹冠和大量的葉片，進行高效的光合作用；灌木增加了群落的層次和生物多樣性，進一步促進了二氧化碳的吸收；草本植物覆蓋地面，保持水土，同時也參與了碳循環(huán)過程。灌草復合群落的年均貢獻率為12%±3%，其貢獻率介于灌木群落和草本群落之間，在生態(tài)系統(tǒng)中也發(fā)揮著一定的固碳作用。不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻率存在顯著差異，這與植物群落的結(jié)構(gòu)、物種組成以及生長特性密切相關(guān)。喬灌草復合群落和常綠闊葉林等結(jié)構(gòu)復雜、光合作用強的植物群落對二氧化碳通量的貢獻率較高，在城市生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。5.3影響植物群落二氧化碳通量貢獻的因素植物群落對二氧化碳通量的貢獻受到多種因素的綜合影響，這些因素相互作用，共同決定了植物群落的固碳能力和二氧化碳通量特征。植物的生理特性對二氧化碳通量貢獻起著關(guān)鍵作用。光合作用是植物固定二氧化碳的主要生理過程，光合速率的高低直接影響著植物對二氧化碳的吸收量。不同植物種類的光合速率存在顯著差異，這與植物的光合途徑、光合色素含量以及光合酶的活性等因素密切相關(guān)。例如，C4植物相較于C3植物，具有更高的光合效率，能夠更有效地利用二氧化碳，其在固定二氧化碳方面具有明顯優(yōu)勢。在奉賢大學城中，一些C4植物如狗尾草等，在生長旺盛期能夠快速吸收二氧化碳，對降低區(qū)域內(nèi)的二氧化碳通量起到了一定作用。呼吸作用則是植物釋放二氧化碳的過程，呼吸速率的大小影響著植物的碳收支平衡。植物的呼吸作用包括基礎(chǔ)呼吸和生長呼吸，基礎(chǔ)呼吸是維持植物生命活動的基本生理過程，而生長呼吸則與植物的生長發(fā)育密切相關(guān)。在植物生長旺盛期，生長呼吸增強，二氧化碳釋放量增加；而在休眠期，呼吸作用減弱，二氧化碳釋放量減少。此外，植物的氣孔導度也是影響二氧化碳通量的重要生理指標。氣孔是植物與外界進行氣體交換的通道，氣孔導度的大小決定了二氧化碳進入葉片的速率以及水分的散失速率。當氣孔導度較大時，二氧化碳能夠快速進入葉片，促進光合作用的進行；但同時，水分散失也會增加。因此，植物需要在二氧化碳吸收和水分保持之間進行權(quán)衡，以適應不同的環(huán)境條件。環(huán)境因素對植物群落二氧化碳通量貢獻也有著重要影響。光照是光合作用的能量來源，光照強度、光質(zhì)和光照時間等因素都會影響植物的光合作用和二氧化碳吸收。在一定范圍內(nèi)，光照強度增加，植物的光合速率隨之提高，對二氧化碳的吸收量也增加。然而，當光照強度超過植物的光飽和點時，光合速率不再增加，甚至會出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象，導致二氧化碳吸收量下降。在奉賢大學城的夏季，光照充足，植物的光合作用強烈，二氧化碳吸收量顯著增加；而在冬季，光照時間縮短，光照強度減弱，植物的光合作用受到抑制，二氧化碳吸收量減少。溫度對植物的生理活動有著廣泛的影響，它不僅影響光合作用和呼吸作用的酶活性，還影響植物的生長發(fā)育和氣孔導度。在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度升高能夠提高光合酶和呼吸酶的活性，促進光合作用和呼吸作用的進行。但當溫度過高或過低時，酶的活性會受到抑制，導致植物的生理活動減弱。例如，在夏季高溫時，部分植物會出現(xiàn)氣孔關(guān)閉的現(xiàn)象，以減少水分散失，但這也會導致二氧化碳吸收受阻，光合作用下降。水分是植物生長發(fā)育的必要條件，土壤水分含量直接影響植物的水分供應和生理活動。當土壤水分充足時，植物能夠正常進行光合作用和呼吸作用，對二氧化碳的吸收和固定能力較強。而當土壤水分不足時，植物會受到干旱脅迫，氣孔關(guān)閉，光合作用受到抑制，二氧化碳吸收量減少。此外，水分還會影響土壤微生物的活動，進而影響土壤呼吸和二氧化碳的釋放。土壤養(yǎng)分含量，如氮、磷、鉀等元素，對植物的生長和生理活動也至關(guān)重要。這些養(yǎng)分是植物生長所需的重要物質(zhì)，它們參與植物的光合作用、呼吸作用以及其他生理過程。充足的土壤養(yǎng)分能夠促進植物的生長和發(fā)育，提高植物的光合效率和固碳能力。相反，土壤養(yǎng)分缺乏會導致植物生長不良，光合能力下降，對二氧化碳通量的貢獻也會減少。在奉賢大學城中，一些土壤肥沃的區(qū)域，植物生長茂盛，對二氧化碳的吸收能力較強；而在土壤貧瘠的區(qū)域，植物生長相對較弱，二氧化碳吸收量較少。植物群落的結(jié)構(gòu)特征也會對二氧化碳通量貢獻產(chǎn)生影響。植物群落的物種組成決定了群落的生理特性和生態(tài)功能。不同物種的植物在光合作用、呼吸作用以及對環(huán)境的適應能力等方面存在差異，因此物種組成的不同會導致植物群落對二氧化碳通量的貢獻不同。例如，由多種植物組成的混交林群落相較于單一樹種的純林群落，具有更高的生物多樣性和更復雜的生態(tài)功能，其對二氧化碳的吸收和固定能力可能更強。葉面積指數(shù)是衡量植物群落光合作用面積的重要指標，葉面積指數(shù)越大，植物群落的光合作用面積越大，對二氧化碳的吸收能力也越強。在奉賢大學城中，喬木群落的葉面積指數(shù)通常較大，其對二氧化碳的吸收能力相對較強；而草本群落的葉面積指數(shù)較小，二氧化碳吸收能力相對較弱。此外，植物群落的垂直結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)也會影響二氧化碳通量。垂直結(jié)構(gòu)復雜的植物群落，如喬灌草復合群落，能夠充分利用不同層次的光照、水分和養(yǎng)分資源，提高群落的光合效率和固碳能力。水平結(jié)構(gòu)均勻的植物群落，能夠更有效地覆蓋地面，減少土壤呼吸和二氧化碳的釋放。人類活動對植物群落二氧化碳通量貢獻的影響也不容忽視。城市建設和土地利用變化會改變植物群落的分布和結(jié)構(gòu)。例如，大規(guī)模的城市建設會導致植被破壞，減少植物群落的面積和生物量，從而降低植物群落對二氧化碳的吸收能力。而合理的城市綠化和土地利用規(guī)劃，如增加城市綠地面積、建設生態(tài)公園等，能夠增加植物群落的數(shù)量和多樣性，提高植物群落的固碳能力。在奉賢大學城的建設過程中，合理規(guī)劃了校園綠地，種植了大量的樹木和花草，使得校園內(nèi)的植物群落對二氧化碳通量的貢獻得到了提高。人類的管理措施，如灌溉、施肥、修剪等，也會影響植物群落的生長和生理活動。適當?shù)墓喔群褪┓誓軌蛱峁┲参锷L所需的水分和養(yǎng)分，促進植物的生長和發(fā)育，提高植物群落的固碳能力。但過度的灌溉和施肥可能會導致土壤污染和生態(tài)環(huán)境惡化，對植物群落產(chǎn)生負面影響。定期的修剪能夠控制植物的形態(tài)和生長方向，促進植物的分枝和生長，提高植物群落的光合效率。此外，人類活動產(chǎn)生的污染物，如大氣污染物和土壤污染物，也會對植物群落產(chǎn)生影響。大氣污染物中的二氧化硫、氮氧化物等會損害植物的葉片，影響植物的光合作用；土壤污染物中的重金屬等會影響植物的根系生長和生理活動，降低植物群落的固碳能力。六、結(jié)果與討論6.1研究結(jié)果總結(jié)本研究以上海市奉賢大學城為對象，全面深入地探究了城市生態(tài)系統(tǒng)中不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，取得了一系列具有重要價值的研究成果。在植物群落組成與分布方面，依據(jù)生態(tài)學分類法，將奉賢大學城的植物群落細致劃分為喬木群落、灌木群落、草本群落以及復合群落這四大類型。其中，喬木群落又進一步細分為常綠闊葉林、落葉闊葉林和針葉林；灌木群落分為常綠灌木林和落葉灌木林；草本群落包括一年生草本群落和多年生草本群落；復合群落則有喬灌草復合群落和灌草復合群落。不同類型的植物群落物種組成豐富多樣，且在空間分布上呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律。喬木群落多分布于校園中心、主干道兩側(cè)以及公園等綠化良好的區(qū)域；灌木群落常見于喬木林下、建筑物周邊和道路隔離帶；草本群落廣泛分布在草坪、花壇、荒地及林下空地；復合群落中的喬灌草復合群落多見于校園綠地和公園，灌草復合群落則常見于護坡和林下邊緣。這些分布特征與地形地貌、土壤條件以及人類活動等因素密切相關(guān)。二氧化碳通量的時空變化特征顯著。從日變化來看，不同季節(jié)的二氧化碳通量均呈現(xiàn)出明顯的單峰單谷型變化規(guī)律。春季，清晨二氧化碳通量較小且相對穩(wěn)定，隨著光照和氣溫升高，上午10點至11點左右達到最小值，表現(xiàn)為碳匯，隨后逐漸上升，下午4點至5點左右達到最大值，生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚?。夏季，由于氣溫高、光照充足，植物生長旺盛，光合作用和呼吸作用更為強烈，二氧化碳通量的變化更為明顯，碳匯時間長且強度大，最小值出現(xiàn)在上午9點至10點左右，最大值出現(xiàn)在下午5點至6點左右。秋季，二氧化碳通量日變化與春季相似，但變化幅度相對較小。冬季，由于氣溫低、光照時間短，植物生理活動受抑制，二氧化碳通量的日變化規(guī)律與其他季節(jié)有所不同，碳源強度大，碳匯時間短，最小值出現(xiàn)在上午11點至12點左右，最大值出現(xiàn)在下午3點至4點左右。在季節(jié)變化方面，夏季二氧化碳通量表現(xiàn)出最強的碳匯能力，冬季則呈現(xiàn)出最強的碳源特征，春秋兩季的碳匯或碳源強度介于兩者之間。2016-2017年觀測期間，夏季（6-8月）二氧化碳通量月均值為-10.5±1.5μmol?m?2?s?1，冬季（12-2月）月均值為5.5±1.0μmol?m?2?s?1，春季（3-5月）月均值為-6.0±1.2μmol?m?2?s?1，秋季（9-11月）月均值為-7.0±1.3μmol?m?2?s?1。這種季節(jié)變化主要受植物生長周期和氣象條件的綜合影響。在年際變化上，2015-2020年奉賢大學城二氧化碳通量年平均值存在明顯波動。2015-2017年碳匯能力逐漸增強，2018年有所減弱，2019-2020年呈現(xiàn)一定恢復但仍略低于前期較高水平。植物群落的動態(tài)變化、氣象條件的年際差異以及人類活動的改變是導致這種年際變化的主要原因。不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻差異顯著。在喬木群落中，常綠闊葉林的年均貢獻率最高，達到35%±5%，其全年保持綠色，光合作用持續(xù)時間長，葉面積大，對二氧化碳的吸收能力強。落葉闊葉林年均貢獻率為25%±4%，在生長季節(jié)貢獻率較高，秋季落葉后貢獻率降低。針葉林年均貢獻率為15%±3%，在冬季仍能保持一定光合活性。灌木群落中，常綠灌木林年均貢獻率為10%±2%，落葉灌木林年均貢獻率為8%±2%，由于植株矮小、葉面積指數(shù)小，光合作用強度弱，貢獻率相對較低。草本群落中，一年生草本群落年均貢獻率為5%±1%，多年生草本群落年均貢獻率為6%±1%，生長周期短、生物量小，對二氧化碳通量的貢獻率較低。復合群落中，喬灌草復合群落年均貢獻率最高，達30%±5%，復雜的結(jié)構(gòu)使其能夠充分利用空間資源，提高光合作用效率。灌草復合群落年均貢獻率為12%±3%，介于灌木群落和草本群落之間。植物群落對二氧化碳通量的貢獻受到多種因素的綜合影響。植物的生理特性，如光合速率、呼吸速率和氣孔導度等，直接決定了植物對二氧化碳的吸收和釋放能力。環(huán)境因素，包括光照、溫度、水分和土壤養(yǎng)分等，通過影響植物的生理活動，間接影響二氧化碳通量。植物群落的結(jié)構(gòu)特征，如物種組成、葉面積指數(shù)和垂直水平結(jié)構(gòu)等，也對二氧化碳通量貢獻產(chǎn)生重要影響。此外，人類活動，如城市建設、土地利用變化、綠化管理和污染物排放等，改變了植物群落的分布、結(jié)構(gòu)和生長環(huán)境，從而對二氧化碳通量貢獻產(chǎn)生影響。6.2與其他地區(qū)研究結(jié)果的比較分析將本研究中奉賢大學城不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻結(jié)果與其他地區(qū)的類似研究進行對比，發(fā)現(xiàn)存在諸多異同點。與北京城市森林的研究相比，奉賢大學城的植物群落組成和二氧化碳通量特征具有明顯差異。北京城市森林以溫帶落葉闊葉林和針葉林為主，主要樹種有楊樹、柳樹、油松等。而奉賢大學城位于亞熱帶地區(qū)，植物群落類型更為豐富多樣，除了落葉闊葉林和針葉林外，還擁有常綠闊葉林、灌木群落和草本群落等。在二氧化碳通量方面，北京城市森林的碳匯能力在夏季表現(xiàn)較為突出，這與奉賢大學城夏季植物生長旺盛、光合作用強導致碳匯能力增強的結(jié)果一致。但由于北京冬季氣溫較低，植物大多進入休眠期，呼吸作用微弱，二氧化碳通量相對較低。而奉賢大學城冬季雖然氣溫也較低，但部分常綠植物仍能保持一定的生理活動，使得二氧化碳通量的變化相對北京更為復雜。在與廣州城市綠地的研究對比中，二者都處于南方地區(qū)，氣候條件有一定相似性。廣州城市綠地植物群落同樣豐富，以亞熱帶常綠闊葉林和熱帶季雨林為主，常見樹種有榕樹、芒果樹等。奉賢大學城的植物群落類型雖然與之有一定差異，但都具有明顯的季節(jié)性變化特征。在夏季，廣州城市綠地和奉賢大學城的植物群落都表現(xiàn)出較強的碳匯能力，這主要是因為夏季高溫多雨，光照充足，有利于植物的生長和光合作用。然而，廣州受季風影響更為顯著，降水分布更為集中，這可能導致植物群落的二氧化碳通量在不同年份和季節(jié)的變化幅度更大。相比之下，奉賢大學城的氣候相對較為穩(wěn)定，二氧化碳通量的變化相對較為平穩(wěn)。與國外一些城市的研究相比，如美國某城市公園，其植物群落以溫帶植物為主，與奉賢大學城的亞熱帶植物群落有很大不同。在二氧化碳通量的研究方法上，國外研究多采用先進的激光雷達技術(shù)與渦動相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，能夠更精確地測量二氧化碳通量的垂直分布和源區(qū)范圍。而本研究主要采用渦動相關(guān)通量觀測系統(tǒng)進行觀測，在技術(shù)手段上存在一定差距。在研究結(jié)果方面，國外城市公園由于植被覆蓋度高，且注重生態(tài)保護，植物群落的碳匯能力較強。奉賢大學城雖然植物群落豐富，但由于城市建設和人類活動的影響，部分區(qū)域植被受到一定程度的破壞，導致整體碳匯能力相對較弱。通過與其他地區(qū)研究結(jié)果的比較分析可以看出，奉賢大學城植物群落對二氧化碳通量的貢獻具有其獨特性，這主要與當?shù)氐臍夂驐l件、植物群落組成以及人類活動等因素密切相關(guān)。在未來的研究和城市生態(tài)建設中，應充分考慮這些因素，借鑒其他地區(qū)的先進經(jīng)驗和研究成果，進一步深入探究植物群落與二氧化碳通量之間的關(guān)系，為城市的低碳發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善提供更有力的支持。6.3研究結(jié)果的生態(tài)與環(huán)境意義本研究結(jié)果對于深入理解城市生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程以及環(huán)境保護具有重要意義。在城市生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)方面，明確了不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻，有助于更準確地評估城市植被在碳循環(huán)中的作用。喬木群落，尤其是常綠闊葉林和喬灌草復合群落，因其較強的固碳能力，在城市碳循環(huán)中扮演著關(guān)鍵角色。這為構(gòu)建城市碳循環(huán)模型提供了重要的數(shù)據(jù)支持，使得模型能夠更精確地模擬和預測城市碳循環(huán)過程，為城市碳管理提供科學依據(jù)。從環(huán)境保護角度來看，本研究為城市植被規(guī)劃和管理提供了科學指導。通過了解不同植物群落的固碳能力和二氧化碳通量特征，城市規(guī)劃者和管理者可以根據(jù)不同區(qū)域的功能需求和環(huán)境條件，合理選擇和配置植物群落，優(yōu)化城市綠地系統(tǒng)。在城市中心區(qū)域，增加喬灌草復合群落和常綠闊葉林的種植面積，能夠有效提高碳匯能力，降低大氣中二氧化碳濃度，改善城市空氣質(zhì)量。在城市邊緣或生態(tài)脆弱區(qū)域，種植適應性強的植物群落，有助于保持水土，維護生態(tài)平衡。此外，本研究結(jié)果對于應對全球氣候變化也具有積極意義。城市作為碳排放的主要來源之一，通過優(yōu)化植被群落結(jié)構(gòu)，提高植被碳匯能力，能夠在一定程度上減緩氣候變化的影響。植物群落的固碳作用不僅有助于減少大氣中的二氧化碳含量，還能調(diào)節(jié)局部氣候，降低城市熱島效應，改善城市生態(tài)環(huán)境。本研究為城市生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)和實踐指導，對于實現(xiàn)城市的低碳、綠色發(fā)展目標具有重要的推動作用。6.4研究的不足與展望盡管本研究在城市生態(tài)系統(tǒng)不同植物群落對二氧化碳通量的貢獻方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之處，有待在未來的研究中進一步完善和深入。在研究范圍上，本研究僅以上海市奉賢大學城為研究區(qū)域，雖然該區(qū)域具有一定的代表性，但研究結(jié)果的普適性可能受到限制。未來的研究可以擴大研究范圍，涵蓋更多不同氣候條件、地形地貌和城市化水平的城市區(qū)域，以更全面地了解不同環(huán)境下植物群落對二氧化碳通量的貢獻特征和規(guī)律。例如，在北方溫帶城市和南方熱帶城市開展類似研究，對比不同氣候