基于树干液流的城市植被冠层对大气痕量气体SO2、NOx、O3的气孔吸收及其影响因子

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hy_mon
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对森林与大气之间气体交换的深入研究有助于了解森林吸收气体的作用机制,进而可为最大程度发挥森林对大气有害痕量气体的吸收功能的管理策略的制定提供科学依据。只有当通过气孔吸收的痕量气体超过树木分解或者转化为非毒性形态的阈值才会对树木产生负面效应,准确测定气孔的吸收通量有助于更合理地评定大气痕量气体对森林的潜在受害风险。基于树干液流的测定方法可在冠层尺度上估测森林对痕量气体的气孔吸收,反映气孔吸收和调节的内在机理,开辟了研究大气与生物圈物质和能量交换过程的新思路。  中国珠三角地区迅速的经济发展导致大气非CO2痕量气体(NOX、SO2、O3等)浓度的增加,气体组分浓度的改变对气候变化产生重要影响,同时加剧光化学烟雾和酸雨等环境问题。本研究基于树干液流的方法,在冠层尺度上研究广州地区城市绿化植被(荷木、柠檬桉和大叶相思)对NOX,SO2和O3的气孔吸收及其对环境因子的响应,探讨树形以及冠层叶片特性对吸收通量的影响,试图揭示大气-植被之间进行气体交换的机制。主要结果如下:  (1)日间平均冠层气孔导度(GC)随着外界气象条件的变化而变化。在季节尺度上,荷木和柠檬桉林夏季日间平均GC显著高于其他季节,大叶相思春季和夏季的日间平均GC显著高于秋季和冬季。NO,NO2和SO2的浓度在春冬季较高,大气O3浓度呈现出不一样的季节变化特征,O3浓度在秋季达到最大值。  冠层气孔导度季节格局和气体浓度季节格局的差异可导致气体吸收通量呈现不同的格局。对于NO,NO2和SO2,日间平均吸收通量在春季或者冬季最大,然而对于O3,日间平均吸收通量出现在秋季或者夏季。采用主成分分析方法分析三种树种吸收痕量气体的情况,结果表明在春季大叶相思的吸收能力最大,秋季和冬季则荷木和柠檬桉的吸收能力较强,夏季荷木的吸收能力最大。  (2)通过分析GC与微气象因子的关系表明,GC值由PAR和VPD共同决定的。日间平均GC与日间平均VPD呈现负对数关系,与日间平均PAR呈现正对数关系。PAR和VPD在较短的时间尺度对冠层气孔导度产生影响,土壤水分含量(SWC)是在较长的时间尺度上对GC产生影响,日间平均GC随着土壤湿度的降低而减小。  采用冗余分析(RDA)方法研究三种树种痕量气体吸收通量与环境变量之间的关系。对于三种森林冠层,气象因子温度(T)、PAR和VPD均与吸收通量呈现正相关关系,相对湿度(RH)与吸收通量呈现负相关关系,SWC与荷木和柠檬桉吸收通量呈现正相关关系。相对于其他环境因子,PAR和VPD为更为重要的调控因子。  (3)荷木、大叶相思和柠檬桉整树蒸腾与树形因子的关系分析结果表明,整树蒸腾与胸径(DBH)、树高(H)、冠幅面积和整树叶面积呈正相关关系,DBH和叶面积为影响整树蒸腾和气体吸收通量的更为重要的树形因子。  对三种林型冠层叶片分析结果表明,荷木叶片的叶绿素含量和Fv/Fm值均低于柠檬桉和大叶相思(冬季除外),然而由于三种树种冠层叶片化学计量特征(碳氮比和氮磷比)的差异,在三种林型中,荷木反而呈现最高的冠层气孔导度。由此可见,植被冠层叶片的气孔行为是叶片最大光合能力,营养元素(C、N、P等)含量与化学计量特征等生理要素和环境因子共同调控的结果。  荷木叶片的内在水分利用效率(WUE1)显著高于柠檬桉和大叶相思(P<0.05),较高的WUE1反映荷木叶片采用较为保守的水分利用模式。在秋冬季,荷木的比叶重(LMA)显著高于柠檬桉和大叶相思(P<0.05),同样反映荷木叶片在土壤水分条件较差的情况下的较强的调整适应能力。  (4)根据年吸收累积量,三种森林类型中荷木吸收能力最强,柠檬桉次之,大叶相思吸收能力最低。通过分析GC对环境因子的敏感性发现,相对于大叶相思和柠檬桉,荷木具有较高的光饱和点以及较宽的对光的利用范围,并且荷木林GC对土壤水分的响应更敏感。相比于外来引种的大叶相思和柠檬桉,乡土树种荷木更适宜种植。综合分析年吸收累积量与生存适宜性,乡土树种荷木更适合作为广州地区的绿化树种。  (5)大气SO2的年平均浓度(12.8μg·m-3和8.3μg·m-3)远低于浓度限值(20μg·m-3),SO2对森林植被尚未达到污染水平。NO2的年平均浓度(58.1μg·m-3和64.4μg·m-3)超过临界浓度(30μg·m-3),暗示NO2对森林产生伤害的可能性。对于O3,干季和湿季AOT40超过目前的欧洲临界标准(5ppm·h),AFst1.6值低于临界限值(4mmol·m2)。根据AOT40值大气中O3浓度相对较高,然而根据AFst1.6值大气O3对植被未达到伤害水平。分析O3对植被的伤害时,与环境因子和树木生理特性相关的气孔行为需要被考虑。相对于浓度法,吸收通量法更适合评定O3对植被的影响。
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