地表臭氧濃度增加對我國亞熱帶典型樹種的影響

1、地表臭氧濃度增加對我國亞熱地表臭氧濃度增加對我國亞熱帶典型樹種的影響帶典型樹種的影響Good O3 in stratosphere Bad O3 in top troposphere Good O3 mid-troposphere Bad O3 lower-troposphere 研究背景研究背景近地層臭氧近地層臭氧(O(O3 3) )是二次污染物和重要的溫室氣體是二次污染物和重要的溫室氣體The Royal Society, 2008研究背景研究背景研究背景研究背景v O3濃度以每年0.5-2.0%速度持續(xù)增加，已經(jīng)達(dá)到35-40ppb；全球近1/4的國家夏季近地層O3濃度高于60ppb（I

2、PCC, 2007），遠(yuǎn)超過敏感植物的受害臨界值（40 ppb)。v 我國由于快速工業(yè)化與城市化，O3濃度不斷增加。2009年全球春秋季（年全球春秋季（4-9月）月）O3濃度變化（濃度變化（/Data_services）研究背景研究背景近地層臭氧濃近地層臭氧濃度的季節(jié)性變度的季節(jié)性變化，及其與作化，及其與作物生長季的重物生長季的重疊部分疊部分Yamaji et al. (2008) JGR 113 D08306O3 2000O3 Diff: 2020 - 2000預(yù)計中國東部地區(qū)臭氧濃度的上升程度最大預(yù)計中國東部地區(qū)臭氧濃度的上升程度最大

3、研究背景研究背景v O3具有強(qiáng)氧化性，濃度高于40ppb可以對植物產(chǎn)生負(fù)面影響（UN-ECE, 1988）；v O3對植物的影響包括：暴露、吸收和生物反應(yīng)（Tausz, 2006）；v 氣孔因素是引起樹木對O3響應(yīng)差異的關(guān)鍵因子（Novak, 2005）；v 細(xì)胞保護(hù)與修復(fù)過程中的NAD(P)-GSH-AsA循環(huán)，基因調(diào)控與信號傳導(dǎo)、羧化酶的還原態(tài)等都影響植物O3敏感性（Health, 2008; Renaut, 2009）。 研究背景研究背景環(huán)境臭氧濃度對樹生長的影響環(huán)境臭氧濃度對樹生長的影響研究背景研究背景v O3對樹木的影響研究多集中于北美與歐洲地區(qū)，歐洲水青岡、赤松、樺樹、楊樹、云杉以

4、及北美鵝掌楸等都是主要的研究對象（Karnosky et al., 2007; Witting et al., 2009; Matyseek et al., 2010）。v 亞洲樹種的研究主要涉及到北方落葉與針葉樹種，如水青岡、銀杏、蒙古櫟、油松等（Yamaguchi et al., 2007; Yan et al., 2010）。v 環(huán)境大氣O3使我國（亞）熱帶森林常綠闊葉樹種與落葉闊葉林凈固碳量分別減少9.6%與43.1%（Ren et al., 2010）。v 評價O3濃度升高對我國亞熱帶典型樹種的影響、探討O3影響其敏感性的生理生態(tài)機(jī)制，可為保護(hù)亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)提供科學(xué)依據(jù)，具有重要

5、的科學(xué)和現(xiàn)實意義。研究背景研究背景試驗地點(diǎn)：浙江天童森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外觀測站。試驗材料：鵝掌楸、水杉、楓香、香樟、青岡、濕地松、 木荷、全緣冬青、紅葉石楠、舟山新木姜子。 研究方法研究方法試驗處理： 過濾大氣(CF,15ppb); 高濃度O3(E-O3,150ppb)； 2008.07.062008.09.30 每日8:00-16:00熏氣。 有效熏氣天數(shù)47天； AOT40值為38.24ppmh.試驗期間試驗期間O3處理下每日處理下每日O3濃度與濃度與AOT40值值臺臺風(fēng)風(fēng)臺臺風(fēng)風(fēng)臺臺風(fēng)風(fēng)研究方法研究方法各個樹種葉片各個樹種葉片O3傷害癥狀傷害癥狀研究結(jié)果研究結(jié)果敏感性敏感性 未來大氣未來

6、大氣O3濃度升高將嚴(yán)重威脅我國亞熱帶樹種，落葉樹種比常綠樹濃度升高將嚴(yán)重威脅我國亞熱帶樹種，落葉樹種比常綠樹種更對種更對O3敏感敏感樹種樹種 生活史生活史癥狀出癥狀出現(xiàn)時間現(xiàn)時間（天）（天）AOT40 (ppm h)生物量變生物量變化（化（%）光合速率變光合速率變化值（化值（%）葉綠素變?nèi)~綠素變化值（化值（%）鵝掌楸鵝掌楸落葉落葉139.4-26*-42*-39*水杉水杉落葉落葉1610.3-11-36*-51*楓香楓香 落葉落葉1913.5-21*-36*-48*香樟香樟 常綠常綠2820.1-13*-27*-25*青岡青岡 常綠常綠3927.9-6-29*-3木荷木荷 常綠常綠4129.3

7、-11-320全緣冬青全緣冬青常綠常綠4933.4-7-3-9紅葉石楠紅葉石楠常綠常綠8438.2-3-6-2舟山新木舟山新木姜子姜子常綠常綠8438.24-2-160研究結(jié)果研究結(jié)果試驗樹種對試驗樹種對O O3 3的響應(yīng)的響應(yīng)傷害劑量（傷害劑量（AOT40值）與生長與生理指標(biāo)變化值之間的關(guān)系值）與生長與生理指標(biāo)變化值之間的關(guān)系總生物量變化總生物量變化r= 0.967*根生物量變化根生物量變化r= 0.877*凈光合速率變化凈光合速率變化r= 0.837*r= 0.856*葉綠素含量變化葉綠素含量變化傷害癥狀出現(xiàn)的時間（傷害癥狀出現(xiàn)的時間（AOT40值）值）研究結(jié)果研究結(jié)果響應(yīng)關(guān)系分析響應(yīng)關(guān)系

8、分析對照植物對照植物典型癥狀出現(xiàn)時典型癥狀出現(xiàn)時的的AOT40 r PO3引起總生物量引起總生物量的變化的變化 r PO3引起光合速率引起光合速率 的變化的變化 r P比葉重比葉重氣孔導(dǎo)度氣孔導(dǎo)度-0.153 0.7170.230 0.5830.142 0.737總抗氧化能力總抗氧化能力 -0.053 0.9010.105 0.8310.294 0.480總酚總酚-0.099 0.816-0.094 0.8240.199 0.636總抗壞血酸總抗壞血酸-0.092 0.829-0.067 0.8750.415 0.306Zhang, Feng et al., Environ Pollut. 2

9、012研究結(jié)果研究結(jié)果影響因素分析影響因素分析gmax (mmol.m-2 s-1)0100200300400500600700800AOT40_injury (ppm.h)0510152025303540bLMA (mg.cm-2)24681012141618AOT40_injury (ppm.h)01020304050DeciduousEvergreeny = 2.10 x + 1.50R2 = 0.47a比葉重比葉重 (mg cm-2)首次癥狀出現(xiàn)時的AOT40gmax (mmol.m-2.s-1)44 44 闊葉樹種闊葉樹種提出提出比葉重比葉重(葉片厚度葉片厚度)可用來評價木本植物的可

10、用來評價木本植物的O3敏感性敏感性; 落葉樹種比常綠樹種對落葉樹種比常綠樹種對O3更敏感更敏感Feng et al. Global Change Biology. (submitted)首次癥狀出現(xiàn)時的AOT40研究結(jié)果研究結(jié)果全球結(jié)果的綜合全球結(jié)果的綜合取樣：植株自上而下每隔植株自上而下每隔1個葉位測定一次個葉位測定一次。第一次（第一次（7.18） ：春季展葉與前一年生葉片。：春季展葉與前一年生葉片。第二次（第二次（8.17）：夏季展新葉、春季展葉和前一年生葉片。）：夏季展新葉、春季展葉和前一年生葉片。第三次（第三次（9.16）：夏季全展葉、春季展葉和前一年生葉片。）：夏季全展葉、春季展葉和

11、前一年生葉片。實驗處理：AA(環(huán)境大氣）環(huán)境大氣）E-O3 (環(huán)境大氣環(huán)境大氣+60 ppb)葉齡實驗葉齡實驗研究方法研究方法測定指標(biāo)測定指標(biāo)主效應(yīng)交互效應(yīng)O3AgeDateO3*DateO3*AgeO3*Age*Datechl0.0010.0010.0010.0010.440.580.0010.001Asat0.0010.0010.0010.1770.840.040.040.11gs0.0010.0010.0010.0010.230.010.010.88Ci0.650.070.0010.770.640.59WUE0.940.0080.0010.710.610.55Fv/Fm0.0010.0010.0010.008PS0.0010.0010.0010.0010.690.0030.0030.13qP0.052香樟、青岡、木荷、全緣冬青濕地松、紅葉石楠、舟山新木姜子；v 樹種間O3敏感性主要取決于葉片的比葉重，與氣孔導(dǎo)度關(guān)系不大。21結(jié)論結(jié)論 Session 1: Atmospheric chemistry and exchanges with the biosphere Session 2: Plant and ecosy