臭氧污染与陆地生态系统生产力

不错

植物生态学报　2007,31(2)219～230

JournalofPlantEcology(ChineseVersion)

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臭氧污染与陆地生态系统生产力

任　巍1,2,3　田汉勤23

(1中国科学院地理科学与资源研究所,北京　100101)

(2美国奥本大学林业与野生生物学院,生态系统与区域研究实验室,奥本　AL36849,美国)

(3中国科学院研究生院,北京　100049)

摘　要　空气污染的严重性、普遍性和不断发展的趋势及其对陆地生态系统生产力造成的重大影响已引起科学工作者的高度重视,成为一个急需解决的重要课题。对流层臭氧(O3)在空气污染现状与未来发展趋势中占据重要角色,该文重点探讨了O3对陆地生态系统生产力的光合、分配、生长和产量形成等主要过程的影响及其对整个生态系统的长期效应,并评述了相关研究方法进展。主要结论包括:O3在生产力形成过程中的每个环节中都有着不同程度的负面影响,通过影响光合作用和气孔导度,减少根冠比改变碳分配量,而最终导致粮食生产和森林生物量损失率高达30%;气候变化、CO2和O3协同作用对植物影响较为复杂,有促进也有抑制;生态系统模拟已成为研究O3污染影响陆地生态系统生产力的主要方法之一,。关键词　空气污染　臭氧　陆地生态系统生产力　EFFECTSOFOZONEPRODUCTIVI2

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RENWei1,2,323

InstituteofGeographicandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China,2EcosystemScienceandRe2gionalAnalysisLaboratory,SchoolofForestryandWildlifeSciences,AuburnUniversity,AuburnAL36849,USA,and3GraduateUniversityofChi2neseAcademyofSciences,Beijing100049,China

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Abstract　Airpollutionisakeyfactorthatthreatensearth’secosystemsandsustainability.Troposphericozonecontinuestobeofmajorconcerninthefieldofairpollutioneffectsonterrestrialecosystemproductivity.Inthispaper,wehavereviewedrecentprogressesinthestudiesofozoneeffectsonterrestrialproductionpro2cesses(includingplantphotosynthesis,carbonallocation,plantgrowthandcropyield),nutrientcycling,andspeciescomposition.Increasedevidenceshowsthatozonecanreducethecapabilityofphotosynthesisbyinflu2encingleafareaandstomatalconductance,andaltersthepatternofcarbonallocationbetweenshootandroot.Previousstudieshavealsoshownthatelevatedozonecouldresultinamaximumlossof30%cropyieldorfor2estproduction.However,littleisknownabouthowelevatedozoneaffectsdecomposition,nutrientcycling,speciescompositionandtrophicdynamics.Thereisanurgentneedtoinvestigatethesynergeticeffectsofozonepollutionandclimatechangeonterrestrialecosystems.ToaddresssuchacomplexandlargeΟscaleenvironmen2talproblem,spatiallyΟexplicitprocessΟbasedecosystemmodelshavebeenusedextensivelyinrecentyears.Toadvanceourunderstandingofhowairpollutionandclimatechangeinfluenceterrestrialecosystemproductivity,furtherstudiesareneededtoaddressmultifactorexperimentsinthefieldandenhancetheinteractionbetweenfieldstudiesandmodeling.Keywords　airpollution,ozone,terrestrialecosystemproductivity,ecosystemmodel

　　全球卫星监测系统、地面观测以及模拟分析结果表明,空气污染已经成为全球性问题,而且区域分布不均衡,同时具有不断恶化的趋势(Reichleetal.,1986;Klimontetal.,2001;Wild&Akimoto,2001;Nakajimaetal.,2001;Borrell,2003)。陆地生态系

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统生产力是碳循环的关键过程,其结构与功能的维

持与光照、热量、水分等气候条件紧密联系。大量事实说明,大气成分数量变化(如温室气体CO2、O3、CH4等排放的增加)和空气质量改变(O3、Aerosol、SO2和NOx等浓度变化)对生态系统生产力的形成过程

　　收稿日期:2006211215　接受日期:2006212217

　　基金项目:美国NASA交叉学科计划资助项目(NNG04GM39C)、美国能源部全球变化资助项目(DUKEUNΟ07ΟSCΟNICCRΟ1016)、美国环保局STAR资助项目(GATECHΟGΟ35ΟC39ΟG1)、中国科学院海外知名学者计划资助项目和国家自然科学基金海外合作研究资助项目(40128005)　3通讯作者Authorforcorrespondence　EΟmail:tianhan@auburn.edu

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220　植　物　生　态　学　报31卷

也有着直接和间接的影响(Akimoto,2003)。空气污染的主要污染源是人类活动,如工业生产中化石能源的燃烧,汽车尾气排放和农业生产活动中刀耕火种的管理方式造成的气体排放等。空气污染事件不仅发生在城市地区,而且可以通过气流传输由城市中心扩散到周边地区(Heggestad&Middleton,1959)。Jilliam等(2003)的研究表明,通过气流输送等方式

1　空气污染概述

1981年卫星监测空气污染系统MAPS的观测资

料首次表明,亚洲、非洲和南美洲的热带地区CO浓度已很高(Reichleetal.,1986);模拟分析结果显示,欧亚大陆和北美洲的中高纬度地区的地面O3浓度已从1860年的15～25ppbv(10-9)增加到现在的40～50ppbv;同时东亚区域监测系统和试验研究也表明,O3的平均浓度已经达到伤害农业和自然生态系统的程度;最新的全球臭氧监测系统GOME观测到的O3、NO2、SO2和HCHO等多种气体污染物(Bor2relletal.,2003)浓度变化和分布状况、MODIS/AVHRR的遥感数据所获取的Areole的颗粒数量和云物理参数(Nakajima2001)及其不同类型的(,)都表明,空气污染;卫星资料(Der2.;Stohl&Trickl,1999;U.S.Environ2mentalProtectionAgency,1999;Kato&Akimoto,1992;Streetsetal.,2001)和化学气体传输模型研究(Wild&Akimoto,2001)均表明,O3、CO、NOx和Aerosol在北美、欧洲和亚洲之间进行着洲际传输。此外,从O3的主要前体污染物NOx气体排放量的发展趋势来看,与欧美地区自20世纪80年代后基本保持每年25～28Tg情况不同,亚洲地区在70～90年代一直保持增加的趋势(Akimoto …… 此处隐藏：33661字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……