地表臭氧浓度增加对我国亚热带典型树种的影响课件.ppt

1、地表臭氧浓度增加对我国亚热地表臭氧浓度增加对我国亚热带典型树种的影响带典型树种的影响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层臭氧近地层臭氧(O(O3 3) )是二次污染物和重要的温室气体是二次污染物和重要的温室气体The Royal Society, 2008研究背景研究背景研究背景研究背景v O3浓度以每年0.5-2.0%速度持续增加，已经达到35-40ppb；全球近1/4的国家夏季近地层O3浓度高于60ppb（I

2、PCC, 2007），远超过敏感植物的受害临界值（40 ppb)。v 我国由于快速工业化与城市化，O3浓度不断增加。2009年全球春秋季（年全球春秋季（4-9月）月）O3浓度变化（浓度变化（http:/acdb-ext.gsfc.nasa.gov/Data_services）研究背景研究背景近地层臭氧浓近地层臭氧浓度的季节性变度的季节性变化，及其与作化，及其与作物生长季的重物生长季的重叠部分叠部分Yamaji et al. (2008) JGR 113 D08306O3 2000O3 Diff: 2020 - 2000预计中国东部地区臭氧浓度的上升程度最大预计中国东部地区臭氧浓度的上升程度最大

3、研究背景研究背景v O3具有强氧化性，浓度高于40ppb可以对植物产生负面影响（UN-ECE, 1988）；v O3对植物的影响包括：暴露、吸收和生物反应（Tausz, 2006）；v 气孔因素是引起树木对O3响应差异的关键因子（Novak, 2005）；v 细胞保护与修复过程中的NAD(P)-GSH-AsA循环，基因调控与信号传导、羧化酶的还原态等都影响植物O3敏感性（Health, 2008; Renaut, 2009）。 研究背景研究背景环境臭氧浓度对树生长的影响环境臭氧浓度对树生长的影响研究背景研究背景v O3对树木的影响研究多集中于北美与欧洲地区，欧洲水青冈、赤松、桦树、杨树、云杉以

4、及北美鹅掌楸等都是主要的研究对象（Karnosky et al., 2007; Witting et al., 2009; Matyseek et al., 2010）。v 亚洲树种的研究主要涉及到北方落叶与针叶树种，如水青冈、银杏、蒙古栎、油松等（Yamaguchi et al., 2007; Yan et al., 2010）。v 环境大气O3使我国（亚）热带森林常绿阔叶树种与落叶阔叶林净固碳量分别减少9.6%与43.1%（Ren et al., 2010）。v 评价O3浓度升高对我国亚热带典型树种的影响、探讨O3影响其敏感性的生理生态机制，可为保护亚热带森林生态系统提供科学依据，具有重要

5、的科学和现实意义。研究背景研究背景试验地点：浙江天童森林生态系统国家野外观测站。试验材料：鹅掌楸、水杉、枫香、香樟、青冈、湿地松、 木荷、全缘冬青、红叶石楠、舟山新木姜子。 研究方法研究方法试验处理： 过滤大气(CF,15ppb); 高浓度O3(E-O3,150ppb)； 2008.07.062008.09.30 每日8:00-16:00熏气。 有效熏气天数47天； AOT40值为38.24ppmh.试验期间试验期间O3处理下每日处理下每日O3浓度与浓度与AOT40值值台台风风台台风风台台风风研究方法研究方法各个树种叶片各个树种叶片O3伤害症状伤害症状研究结果研究结果敏感性敏感性 未来大气未来

6、大气O3浓度升高将严重威胁我国亚热带树种，落叶树种比常绿树浓度升高将严重威胁我国亚热带树种，落叶树种比常绿树种更对种更对O3敏感敏感树种树种 生活史生活史症状出症状出现时间现时间（天）（天）AOT40 (ppm h)生物量变生物量变化（化（%）光合速率变光合速率变化值（化值（%）叶绿素变叶绿素变化值（化值（%）鹅掌楸鹅掌楸落叶落叶139.4-26*-42*-39*水杉水杉落叶落叶1610.3-11-36*-51*枫香枫香 落叶落叶1913.5-21*-36*-48*香樟香樟 常绿常绿2820.1-13*-27*-25*青冈青冈 常绿常绿3927.9-6-29*-3木荷木荷 常绿常绿4129.3

7、-11-320全缘冬青全缘冬青常绿常绿4933.4-7-3-9红叶石楠红叶石楠常绿常绿8438.2-3-6-2舟山新木舟山新木姜子姜子常绿常绿8438.24-2-160研究结果研究结果试验树种对试验树种对O O3 3的响应的响应伤害剂量（伤害剂量（AOT40值）与生长与生理指标变化值之间的关系值）与生长与生理指标变化值之间的关系总生物量变化总生物量变化r= 0.967*根生物量变化根生物量变化r= 0.877*净光合速率变化净光合速率变化r= 0.837*r= 0.856*叶绿素含量变化叶绿素含量变化伤害症状出现的时间（伤害症状出现的时间（AOT40值）值）研究结果研究结果响应关系分析响应关系

8、分析对照植物对照植物典型症状出现时典型症状出现时的的AOT40 r PO3引起总生物量引起总生物量的变化的变化 r PO3引起光合速率引起光合速率 的变化的变化 r P比叶重比叶重气孔导度气孔导度-0.153 0.7170.230 0.5830.142 0.737总抗氧化能力总抗氧化能力 -0.053 0.9010.105 0.8310.294 0.480总酚总酚-0.099 0.816-0.094 0.8240.199 0.636总抗坏血酸总抗坏血酸-0.092 0.829-0.067 0.8750.415 0.306Zhang, Feng et al., Environ Pollut. 2

9、012研究结果研究结果影响因素分析影响因素分析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比叶重比叶重 (mg cm-2)首次症状出现时的AOT40gmax (mmol.m-2.s-1)44 44 阔叶树种阔叶树种提出提出比叶重比叶重(叶片厚度叶片厚度)可用来评价木本植物的可

10、用来评价木本植物的O3敏感性敏感性; 落叶树种比常绿树种对落叶树种比常绿树种对O3更敏感更敏感Feng et al. Global Change Biology. (submitted)首次症状出现时的AOT40研究结果研究结果全球结果的综合全球结果的综合取样：植株自上而下每隔植株自上而下每隔1个叶位测定一次个叶位测定一次。第一次（第一次（7.18） ：春季展叶与前一年生叶片。：春季展叶与前一年生叶片。第二次（第二次（8.17）：夏季展新叶、春季展叶和前一年生叶片。）：夏季展新叶、春季展叶和前一年生叶片。第三次（第三次（9.16）：夏季全展叶、春季展叶和前一年生叶片。）：夏季全展叶、春季展叶和

11、前一年生叶片。实验处理：AA(环境大气）环境大气）E-O3 (环境大气环境大气+60 ppb)叶龄实验叶龄实验研究方法研究方法测定指标测定指标主效应交互效应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/Fm0.0010.00

12、10.0010.0010.220.210.18PS0.0010.0010.0010.0010.690.0030.0030.13qP0.052香樟、青冈、木荷、全缘冬青湿地松、红叶石楠、舟山新木姜子；v 树种间O3敏感性主要取决于叶片的比叶重，与气孔导度关系不大。21结论结论 Session 1: Atmospheric chemistry and exchanges with the biosphere Session 2: Plant and ecosystem responses to ozone exposure Session 3: Monitoring, modelling and assessing ozone risk terrestrial ecosystems Session 4: Interactions and feedbacks of ozone effects with the climate