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近地层臭氧(O3)是光化学污染物的主要成分和重要的温室气体之一,可以对植物产生氧化伤害。O3浓度升高已经引起农作物减产,严重威胁森林生态系统健康与生物多样性。目前,关于O3对亚洲树种的影响研究较少,尤其是以亚热带树种为试验对象的研究几近空白。本研究采用开项式气室法,于2008-2010年连续三个生长季进行野外模拟试验,分别进行了我国亚热带典型树种的臭氧敏感性筛选试验与长期O3浓度升高对水杉与青冈栎幼苗伤害症状、生长及生理生化机制的影响试验,旨在较全面地探讨亚热带树种对O3浓度升高的响应差异,为选育较强的臭氧抗性树种提供理论基础。研究所取得的主要结果如下:
1.O3显著降低被调查十种亚热带典型树种叶片光合色素含量、净光合速率、电子传递效率与总抗氧化能力,并且加剧膜质过氧化程度。被调查落叶树种与常绿树种O3伤害剂量分别约为10 ppm·h与20 ppm·h以上,并且被调查落叶树种比常绿树种生物量降低幅度更大。O3敏感性排序为:鹅掌楸、水杉、枫香＞香樟、青冈、木荷、全缘冬青＞湿地松、红叶石楠、舟山新木姜子。
2.比叶重较大的植物叶片伤害症状出现较晚,生物量降低幅度较小。此外,单位臭氧吸收量下抗氧化能力大小也是树种间O3敏感性差异的原因。
3.长期O3浓度升高显著降低水杉幼苗光合色素含量与净光合速率,抑制羧化效率与电子传递效率,并显著降低水分利用效率。当AOT40值累计为10ppm·h时,叶片出现伤害症状,并且随着暴露时间延长叶片衰老加剧、提前脱落;试验结束时AA+120处理下总生物量显著降低11％,而根冠比保持不变。
4.长期O3浓度升高显著降低青冈栎幼苗当年生全展叶片光合色素含量;当AOT40值累积超过20 ppm·h时,叶片出现伤害症状;气孔与非气孔因素共同作用导致净光合速率显著降低;但连续两个生长季O3浓度升高条件下,青冈栎幼苗异速生长与生物量的累积及分配无显著变化。
5.O3浓度升高对不同叶龄青冈栎叶片影响程度不同,对当年生全展功能叶片影响最大,而对前一年生老叶以及新生嫩叶影响较小。
6.O3浓度升高对水杉与青冈栎幼苗的影响存在年际差异与累积效应。年际间的环境因素差别会影响树木对O3浓度升高的响应,尤其是与臭氧形成有关的温度、湿度、光照等。被测生长指标的变化表明长期O3浓度升高对水杉与青因栎幼苗生长存在累积效应。
7.OTC内模拟与自然环境大气条件下的试验结果表明:以叶片喷施与土壤淋湿方式施入EDU对水杉幼苗叶片O3伤害均没有显著的改善作用