基于微气象学方法的麦田CO2和O3通量的观测与模拟

利用涡度相关技术对长江三角洲地区冬小麦麦田白天时段CO₂和O₃通量进行连续观测,分析其变化特征.引入并参数化Jarvis乘法模型,预测冬小麦冠层尺度CO₂和O₃通量.结果表明：整个观测期间,麦田CO₂浓度和通量的范围分别为372.3~487.1μL/L和-0.4~-40.3μmol/（m²·s）,均值分别为402.6μL/L和-13.4μmol/（m²·s）.O₃浓度和通量的范围分别为4.6~116.6nL/L和-0.2~-20.7nmol/（m²·s）,均值分别为50.9nL/L和-6.8nmol/（m²·s）.CO₂和O₃通量最高值出现在冬小麦的孕穗期和开花期,该时期冬小麦光合能力最强,对CO₂与O₃的吸收最大.冬小麦CO₂和O₃通量总体上呈相似的日变化模式,上午CO₂通量明显高于下午,上午O₃通量却低于下午.温度、水汽压差、光合有效辐射、物候期等环境因子驱动下的冬小麦冠层通量与叶片气孔导度具有相似的限制机制,利用修订后的Jarvis乘法模型模拟了CO₂和O₃通量,并与实测值进行对比验证,表明修订后的模型分别解释了CO₂和O₃通量62%和60%的变异性,适用于本地冬小麦CO₂和O₃通量的模拟.     

大气臭氧污染对冬小麦气孔吸收通量的影响机制及其时空格局

近地层臭氧作为一种二次污染物,其不断增加的浓度及其对作物的影响已经成为各国政府和公众关注的焦点.本文以冬小麦为研究对象,基于大田OTC试验,对OTC内气象因子和气孔导度进行连续观测.引进气孔导度模型,并进行本地参数化研究,结合通量模型,研究冬小麦气孔臭氧吸收通量的变化特征,并对江苏省各市冬小麦气孔导度和O_3吸收通量的时空分布进行模拟.结果表明,O_3浓度增加会限制其叶片气孔导度,浓度越高,限制作用越明显;利用修订后的气孔导度模型对冬小麦叶片气孔导度进行模拟,表明模型解释了实测气孔导度90%、77%和83%的变异性.结合通量模型对冬小麦气孔O_3通量进行模拟,则CK(约为53.67 n L·L~(-1))、100 n L·L~(-1)和150 n L·L~(-1)O_3浓度处理下冬小麦在整个O_3熏期的累积吸收通量分别为6.42、12.27和13.90 mmol·m-2;江苏地区冬小麦在其生长季期间O_3浓度呈逐渐增加的趋势,冬小麦平均气孔导度的大小表现为:中期后期前期的时间变化特点,在整个中期时段气孔O_3累积吸收通量最多.     

地表臭氧浓度升高对冬小麦和大豆生长和产量的影响

我国近地层臭氧污染日趋严重,其不断增加的浓度对农作物的生长造成了严重威胁。以冬小麦和大豆为研究对象,基于大田开顶式气室(OTC)试验,分别设置对照(CK)、100 n L·L~(-1)和150 n L·L~(-1)这3个O3浓度处理组,对2种作物生长指标和产量等参数连续观测,结果表明:O3浓度增加对冬小麦和大豆的株高、叶面积和生物量产生影响,并且对大豆的影响更为明显。与此同时,O3浓度增加使得冬小麦的穗重、穗粒数以及大豆的单株荚数、单株粒数、单株粒重都呈现大幅度下降状态,进而导致其产量降低。在100 n L·L~(-1)臭氧处理下,冬小麦产量较CK降低了12.89%,而大豆产量下降了23.76%。在150 n L·L~(-1)的臭氧处理下,冬小麦产量较对照组降低了29.23%,大豆则比对照组下降了41.57%,与CK相比,大豆产量下降更为明显。上述研究表明,臭氧污染对农作物的生长具有显著影响,且大豆对O3的反应比冬小麦敏感。     

近地层O3污染对作物产量与经济损失的影响——以江苏省冬小麦和水稻为例

利用2015年冬小麦和水稻主要生长季期间江苏省各城市逐时O₃浓度观测资料,分析了O₃浓度和AOT40的变化特征,评估了O₃对冬小麦和水稻产量的影响,并估算了其造成的经济损失.结果表明：①冬小麦和水稻主要生长季期间,江苏省平均O₃浓度分别为80.1μg/m³和83.8μg/m³,呈单峰型的日变化规律.空间上,O₃呈现南低北高,东部沿海地区高于西部内陆地区的特征.②冬小麦主要生长季期间,江苏省各市AOT40指数范围为3.08~14.47μL/L·h.水稻主要生长季期间,江苏省各市AOT40指数范围为10.79~21.67μL/L·h.③在当前O₃浓度水平下,近地层O₃对江苏省冬小麦和水稻平均相对产量的损失率分别为23.9%和16.5%,产量总损失分别为368.7万t和385.8万t,经济总损失分别为87.01亿元和106.48亿元.因此,急需采取有效控制措施,降低O₃污染造成的农业损失.     

我国近地层O3污染及其风险评估研究进展

近地层O_3污染及其对作物生长和产量的影响已经引起人们的广泛关注.本文简要回顾了我国地表O_3污染水平,重点介绍了O_3对作物影响的评估指标和模型的发展及其在风险评估中的应用,深入综述了有关评估O_3污染造成作物产量损失方面的工作.此外,对我国未来该领域的研究工作进行了展望,指出今后需要更加有力的控制O_3前体物,尤其是VOC的排放.为了准确地评估O_3的农业风险,未来还需要在郊区布置一些监测站点,同时在我国主要作物种植区建立当地的O_3浓度/通量响应关系模型.另外,今后还需加强基于气孔O_3通量指标进行区域尺度O_3风险评估的研究工作.     

麦田O3浓度的长期变化及其对冬小麦干物质和产量损失的估算

近地层臭氧污染及其对作物产量和粮食安全的负面效应已成为国内外广泛关注的焦点之一.利用2014~2016年冬小麦主要生长季期间臭氧浓度和气象因子观测资料,分析了麦田臭氧浓度、AOT40的变化特征.根据Pleijel等2007年修正的气孔导度模型,模拟了冬小麦气孔导度的变化,并与实测值进行对比验证,同时结合通量模型,计算了冬小麦气孔臭氧通量.此外,利用前期课题组建立的模型,估算了臭氧对冬小麦干物质累积和产量的影响.结果表明:臭氧浓度在冬小麦生长季期间从前期到后期逐渐增加,并呈现明显的单峰型日变化特征.从2014~2016年的每年3月1日~5月31日,平均臭氧浓度分别为36.2、37.7和33.6 n L·L~(-1),AOT40值分别为17.08、17.90和11.84μL·(L·h)~(-1).Javis气孔导度模型可以用来模拟本地区冬小麦的气孔导度,模型解释了实测气孔导度81%的变异性.2014~2016年冬小麦气孔臭氧吸收通量分别为9.36、9.32和8.65 mmol·m~(-2).在近3年臭氧浓度平均水平下,近地层臭氧会使冬小麦产量减少18.03%,干物质累积减少19.31%.