CO_2和O_3浓度升高及其复合作用对华山松生长及光合日变化的影响

以生长在沈阳市区内的5年生华山松幼树为实验材料,采用开顶箱法,研究高浓度CO2和高浓度O3下华山松生长变化、光合速率的日变化动态以及日光合总量季节变化,进而了解大气CO2浓度升高、O3浓度升高及其复合作用对华山松光合作用及生长的影响.结果表明,①高浓度O3处理后,华山松20～90 d针叶鲜重、干重增长量以及90 d针叶叶长较对照分别降低45.8%、38.9%和15.3%.主侧枝生长与对照相比无显著差异.高浓度O3降低了华山松日光合总量,处理30 d后,针叶净光合速率均显著低于对照,光合速率日变化曲线表现为双峰型,光合"午休"程度强于对照.②高浓度CO2处理后,华山松针叶鲜重、干重20～90 d增长量分别高于对照41.7%和22.2%,而针叶叶长以及主侧枝长未受显著影响.华山松日光合总量高于对照处理,处理30 d、60 d时,净光合速率普遍高于对照.CO2处理90 d时,日变化曲线由双峰变为单峰曲线,极大缓解了光合"午休"现象.③高浓度O3和CO2复合处理后,针叶干重、鲜重增量均低于对照,表明了复合处理后O3伤害的发生,但针叶干重高于O3单因子处理,这表明高浓度CO2可以一定程度上缓解高浓度O3对华山松针叶生长的抑制作用.针叶叶长,主侧枝生长未见明显效应.复合处理后,针叶净光合速率普遍低于对照,华山松日光合总量低于对照而高于O3单独处理,说明高浓度CO2可以通过减缓O3对植物光合的抑制而减少O3伤害.光合速率日变化曲线表现为双峰型.     

地表臭氧增加对4种植物光合作用的影响

以秋枫(Bischofia javanica Bl.)、木棉(Bombax malabaricum DC.)、黄花夹竹桃(Thevetia peruviana(Pers.)k.Schum.)和芒果(Mangifera indica L.)4种植物苗木为试材,研究不同O3浓度胁迫(环境大气NF,O3体积分数10×10-9~20×10-9;低浓度O3处理E50,O3体积分数50×10-9;中浓度O3处理E100,O3体积分数100×10-9;高浓度O3处理E200,O3体积分数200×10-9)对4种植物光合生理指标的影响。结果表明:随臭氧浓度的增加,黄花夹竹桃和木棉叶片叶绿素a含量主要为减少趋势,叶绿素b含量则是先升高后降低;叶绿素总含量呈降低趋势。芒果和秋枫叶片叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量均呈升高-降低-升高的趋势。臭氧胁迫对4种植物的光合作用均起到了明显的抑制作用,并且浓度越高,抑制作用越大。黄花夹竹桃和木棉降幅均达70%以上,4种对臭氧胁迫的耐受性为:其中芒果表现出对臭氧抗性最强,其次为秋枫、木棉,黄花夹竹桃对臭氧表现最敏感。     

天津滨海新区秋冬季大气污染特征分析

为了解天津滨海新区大气污染物浓度水平和污染来源,2009年9月1日~2010年2月28日对NOx、CO、SO2、O3、PM2.5、PM10进行了连续在线观测,并同步观测了气象要素.结果表明,秋冬季上述污染物最高日均值(秋冬平均值±标准差,O3为日小时均值最大值)分别达到300.7(65.4±52.9)×10-9、7.278(1.324±1.169)×10-6、53(13±12)×10-9、95(28±21)×10-9(体积分数)和287.4(62.3±53.6)μg/m3、1421.4(161.9±136) μg/m3. NOx和SO2秋季低于冬季,O3和PM10反之. CO和PM10相对国家二级标准超标率为2%和38%,PM2.5相对WHO标准(75μg/m3)超标率为31%.季节统计日变化显示CO和NOx为早晚双峰型,SO2为中午的单峰型,O3为午后单峰型,且秋季日变化振幅远大于冬季, PM10为早晚双峰型,但冬季比秋季晚出峰2~3h.除冬季PM10,大气污染物浓度49%~74%的逐日变化由气象要素影响.滨海新区大气污染受局地排放和外源输送共同影响,西南方向气流易造成污染物积累,其次是东北方向,而东和东南气流最有利于污染物扩散;各污染物具体表现为NOx主要受局地源控制;SO2主要受外来输送影响;CO和PM2.5同时受本地源和外来源的共同影响;PM10秋季表现为本地源污染,而冬季为本地源和外来源的共同影响.     

Characteristics and factors of the N20 emission from the continuous cropping paddyfield in irrigation area of the Yellow River

黄河上游灌区高产连作稻田氮肥的过量施用引起土壤氮素盈余,进而导致稻田N2O排放量增大.为了探明水稻连作模式下稻田N2O排放特征及影响因素,采用静态箱-气相色谱法,开展了为期2年的连作水稻田试验研究.试验共设置3个施氮处理,包括常规氮肥300kg.hm-2（N300）、优化氮肥240kg.hm-2（N240）和对照不施氮肥（N0）,并在稻田连作的第2年,对N240处理灌溉节水30%.2年连作试验结果表明,水稻生长季稻田N2O排放主要发生在水稻施基肥后及水稻生长的中后期,在稻田灌水泡田后N2O排放速率达最大值.稻田高氮肥（300kg.hm-2）施用显著增加N2O的排放量,优化氮肥（240kg.hm-2）处理可有效降低土壤N2O排放量（p〈0.01）.水稻生长季稻田淹水状态时N2O排放量极低,稻田灌溉节水会相应增加土壤N2O排放量.土壤温度变化对稻田N2O的生成和排放会产生较大影响,但受稻田肥水管理等因素的影响,温度与N2O排放量相关性不显著.灌区稻田土壤N2O排放通量与田面水NO3--N含量变化及耕层0～40cm土壤NO3--N积累量变化有显著的相关性.稻田连作显著增加了耕层土壤剖面0～40cm土层NO3--N的积累量,耕层土壤NO3--N积累量的增加进而加大了土壤N2O排放的风险.在宁夏黄灌区稻田常规灌水和高氮肥（300kg.hm-2）水平下,2年连作稻田水稻生长季土壤N2O总排放量分别达55.98×104kg.a-1和51.48×104kg.a-1,在100a时间尺度上的全球增温潜势（GWPs）均值为16.02×107kg.hm-2（以CO2计）,表明黄灌上游灌区高氮肥施用导致稻田N2O排放量增大,由此引起的增温潜势严重.     

黄河上游灌区连作稻田N2O排放特征及影响因素

黄河上游灌区高产连作稻田氮肥的过量施用引起土壤氮素盈余,进而导致稻田N2O排放量增大.为了探明水稻连作模式下稻田N2O排放特征及影响因素,采用静态箱-气相色谱法,开展了为期2年的连作水稻田试验研究.试验共设置3个施氮处理,包括常规氮肥300kg.hm-2(N300)、优化氮肥240kg.hm-2(N240)和对照不施氮肥(N0),并在稻田连作的第2年,对N240处理灌溉节水30%.2年连作试验结果表明,水稻生长季稻田N2O排放主要发生在水稻施基肥后及水稻生长的中后期,在稻田灌水泡田后N2O排放速率达最大值.稻田高氮肥(300kg.hm-2)施用显著增加N2O的排放量,优化氮肥(240kg.hm-2)处理可有效降低土壤N2O排放量(p<0.01).水稻生长季稻田淹水状态时N2O排放量极低,稻田灌溉节水会相应增加土壤N2O排放量.土壤温度变化对稻田N2O的生成和排放会产生较大影响,但受稻田肥水管理等因素的影响,温度与N2O排放量相关性不显著.灌区稻田土壤N2O排放通量与田面水NO3--N含量变化及耕层0～40cm土壤NO3--N积累量变化有显著的相关性.稻田连作显著增加了耕层土壤剖面0～40cm土层NO3--N的积累量,耕层土壤NO3--N积累量的增加进而加大了土壤N2O排放的风险.在宁夏黄灌区稻田常规灌水和高氮肥(300kg.hm-2)水平下,2年连作稻田水稻生长季土壤N2O总排放量分别达55.98×104kg.a-1和51.48×104kg.a-1,在100a时间尺度上的全球增温潜势(GWPs)均值为16.02×107kg.hm-2(以CO2计),表明黄灌上游灌区高氮肥施用导致稻田N2O排放量增大,由此引起的增温潜势严重.     

大气臭氧变化对油菜影响的模拟试验

在开顶式气室中,研究了不同O3浓度(8.93×10_-94.465×10_-10,4.46×10_-92.230×10_-10,2.23×10_-91.115×10s_-10,≤4.46×10_-910,1.12×10-9～1.79×10-9mol/L)和不同熏气天数(5,10,15,30d)处理对盆栽油菜的影响.结果表明,O3浓度升高,油菜可出现失水、畸形、叶片色斑等伤害症状.移出熏气环境后原伤害不能恢复,黄叶率显著增加,新生叶无明显伤害症状.高O3浓度短期熏气可促进油菜后期生长,对前期O3影响有补偿效应.试验还表明,增加O3浓度和延长熏气时间一般可增加叶片气孔阻力,降低气孔传导,抑制CO2吸收和水汽交换,提高叶温,降低光合速率,还可抑制根系生长,降低生物产量和经济产量,并使光合产物向各器官的分配模式发生变化.     

北京野鸭湖湿地观测站O_3变化特征及影响因素

利用2013年8月22日-12月31日北京野鸭湖湿地生态气象观测站监测数据,分析O3浓度变化特征及其影响因素。结果表明,研究时段野鸭湖站O3浓度小时均值为48.3μg/m3,超过一级标准率为3.7%,超过二级标准率为1.3%。O3浓度显午后单峰型,高浓度阶段出峰时间(17:00)比低浓度阶段晚2 h,O3浓度最大值与最小值比值较低。O3浓度变化与气温、风速显正相关,与相对湿度显负相关;受局地上游污染源影响,当低层风向在22.5°~180.0°之间时易造成高O3浓度,西南气流反之。持续的偏东风控制和适中的温度、风速、相对湿度是产生光化学污染的重要气象条件,且一天中超标时段多发生在13:00-17:00。     

天津夏季边界层低层大气中PAN和O_3的输送特征分析

采用在线仪器监测分析2017年夏季天津气象铁塔220m观测平台大气中过氧乙酰硝酸酯(PAN)和O3的体积浓度,并结合气象观测资料和后向轨迹分析PAN和O3的输送特征.观测期间PAN和O3体积浓度平均值分别为(0.73±0.56)×10-9和(53±25)×10-9,最大小时浓度分别为3.49×10-9和137×10-9,PAN和O3体积浓度具有相似的日变化特征,白昼PAN和O3浓度高于夜间,且PAN和O3浓度相关系数(R2=0.52)显著高于夜间(R2=0.21).观测期间偏南风下PAN和O3浓度最高,偏东风下最低,风玫瑰图和后向轨迹聚类分析都表明,来源于西南方向的气流轨迹对应的污染物浓度最高,途径渤海和河北、辽宁沿海地区的偏东气流对应的PAN和O3浓度最低,边界层内输送对PAN和O3的浓度分布起到了重要作用.     

苦草光合作用日变化对水质的影响

通过静态模拟试验研究晴天时苦草(Vallisneria asiatica)的光合作用日变化对水质的影响. 分别采用水下饱和脉冲荧光仪(Diving-PAM)和多参数水质监测仪(YSI)在线监测苦草叶绿素荧光参数与水质,并定时采样测定水中营养盐的浓度. 结果表明,苦草叶片光合作用的相对电子传递速率(rETR)日变化与叶片表面的光合有效辐射(PAR)和温度同步,呈单峰曲线;光系统Ⅱ(PSⅡ)实际量子产量(Y)的日变化呈“W”型;水体的pH和ρ(DO)的日变化与苦草光合作用趋势一致,也呈单峰曲线,而电导率和浊度与光合作用没有相关性;水体中ρ(TN)一直保持稳定,ρ(TP)在23:00时出现峰值.苦草的光合作用能引起水体pH,ρ(DO)和ρ(TP)的改变;且pH和ρ(DO)对底泥磷释放的影响可能是一个动态平衡的过程.      

我国4个WMO/GAW本底站大气CH4浓度及变化特征

利用基于光腔衰荡光谱(CRDS)技术自组装的大气CH4在线观测系统,于2009～2010年在青海瓦里关、浙江临安、北京上甸子和黑龙江龙凤山这4个世界气象组织全球大气观测网(WMO/GAW)大气本底站对大气CH4进行了在线观测.临安站在所有季节中CH4浓度都表现出类似的日变化趋势,即浓度在每日～05:00(北京时间)达到最高值,在～14:00为最低.夏季龙凤山站CH4浓度表现出类似的规律,但其日变化振幅较大,达到216.8×10-9(摩尔分数,下同).上甸子站春、秋、冬季CH4浓度呈现类似变化趋势,但夏季日平均值较高,在晚间～20:00达到最高值,瓦里关站四季CH4浓度日变化均不明显.3个区域本底站(临安、上甸子和龙凤山)全年CH4本底浓度存在明显的变化,临安站CH4本底浓度在7月达到全年最低水平.龙凤山站则表现出相反的趋势,在8月达到全年最高值,其全年浓度表现出"W"型变化.冬季龙凤山和上甸子站CH4浓度高于春季和秋季.瓦里关站全年浓度变化较小,月平均浓度振幅仅为11.5×10-9.临安、上甸子和龙凤山3个区域本底站夏季CH4非本底数据占总数据的比例>70%.为分析气团传输的影响,对4站夏季高浓度时刻(瓦里关:CH4>1 870×10-9,龙凤山CH4>2 100×10-9,临安CH4>2 150×10-9,上甸子CH4>2 050×10-9)对应的气团轨迹进行聚类分析表明,夏季出现的高浓度CH4观测数据可能主要由气团传输所引起.     

城市区域臭氧浓度变化的研究

通过中尺度气象模式和高分辨化学模式的耦合,研究广州地区O3的时空分布及其变化特征.结果表明,近地层上O3的分布与地面源排放的分布有非常好的对应关系,并且呈现出多中心分布;O3浓度随时间变化有很好的日变化周期,模拟结果与实测对比有较好的一致性;对单站O3浓度随高度的变化趋势的分析表明,对流层低层O3的日变化幅度较大.      

臭氧污染对水稻生长、产量及矿质金属元素含量的影响

地表臭氧(O_3)浓度升高造成的空气污染是日渐关注的重要环境问题,既直接危害人体健康,也影响农业生态系统,威胁农作物的生长发育和农产品品质,其中矿质金属元素含量由于同时涉及微量营养元素和有害重金属而尤为重要.本研究开展了O_3浓度升高处理(维持100 nL·L~(-1))的开顶箱(OTC)田间试验,通过2个水稻品种的作物生长监测和采样分析比较,探讨了O_3污染对水稻生长、产量及籽粒矿质金属元素含量的影响.结果表明,高浓度O_3抑制了南粳5055和扬稻6号两种水稻叶片的光合作用并降低了叶绿素含量和叶面积指数,进而导致稻谷产量下降,与自然空气对照相比分别减产45.5%和28.6%;但收获籽粒的糙米和颖壳中大部分矿质金属元素含量升高,与对照相比增幅分别达3.6%～19.8%和3.9%～36.0%,因而由此导致的微量元素缺乏或重金属污染等相关粮食品质安全影响需要综合评价.     

丛枝菌根真菌对汞胁迫下水稻叶片生理和光合特性的影响

为了研究AM（arbuscular mycorrhizal,丛枝菌根）真菌在Hg胁迫下对农作物生长的影响,通过温室盆栽试验,分析不同Hg投加量（0、0.1、1.0和2.0 mg/kg）下,接种AM真菌对水稻植株生物量、株高、叶片叶绿素相对含量、膜质过氧化程度、抗氧化酶系活性、光合速率、气孔导度、胞间CO₂、水分利用效率、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响.结果表明:①在不同Hg投加量下,AM真菌均能促进水稻植株生长.②AM真菌接种能提高水稻叶片叶绿素相对含量,增加水稻叶片光合速率.③接种AM真菌后,水稻叶片MDA（malondialdehyde）含量降低,水稻叶片超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）、过氧化物酶（peroxidase）和抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase,APX）活性均升高.综合显著性分析结果来看,当Hg投加量为0.1 mg/kg时,接种AM真菌后水稻整体长势良好,多项生理指标偏高,说明AM真菌在较低Hg投加量下能促进水稻生长,提高水稻对汞的抗性.研究显示,AM真菌能通过促进水稻光合色素分泌来提高水稻光合作用,同时能提高水稻抗氧化酶活性,维持细胞稳态,缓解汞的毒害作用.总之,AM真菌能增强水稻对汞污染的适应能力,促进植株生长发育,降低汞对水稻造成的毒害及损伤,增强抗逆性,且该作用在较低Hg投加量下表现更加明显.      

作物光温生产力模型及南方水稻适宜生长期的数值分析

发展了一个具有生物学基础的、兼具实用性和理论性的水稻生长模拟模型。它是在水肥适宜的条件下,以光、温因子模拟作物生长过程。其空间尺度是叶面水平的,时间尺度是逐时的,并且具有模拟冠层瞬时光合作用的能力。该模型由发育阶段、冠层光分布、冠层光合速率和叶面积指数增长等子模型组成。使用地理分期播种资料进行了检验,该模型可以解释在不同气候区域水稻干物质积累随生育期和播种期变化的９２５％～９５８％。使用常规气象资料,用数值方法研究了南京、长沙、广州和贵阳等地杂交水稻的气候生态适应性。模拟结果表明,贵阳气温低、生育期长,其中稻生育期内温度适中、光照较强,干物质生产力高。广州气温高,中稻、早稻生育期短,产量较低,因受低温的影响小,是晚稻的高产区。南京和长沙以在生长中后期能避开盛夏高温并能正常抽穗扬花的适播晚稻干物质产量较高     

森林生态系统水源涵养服务流量过程研究

基于多年的定位监测数据,研究了亚热带5种森林生态系统水源涵养服务的流量过程。结果表明,里骆杉木林、西江坪常绿阔叶林的年内林冠截留量曲线呈现单峰型,而宜山龙桥的3种森林生态系统的林冠截留量曲线则呈双峰型。5种森林生态系统累积林冠截留价值的过程曲线基本一致。里骆杉木林和西江坪常绿阔叶林的水文调节量变幅较大,而龙桥3种类型的年内水文调节量变幅较小。5种森林生态系统的月平均水文调节量依次为西江坪常绿阔叶林里骆杉木林龙桥柠檬桉马尾松混交林龙桥马尾松林龙桥杉木林。5种森林生态系统水资源供给功能过程曲线呈现与水文调节功能曲线相似的规律,对应的月平均水资源供给量分别是751.92、486.92、332.08、210.50、65.92 m3/(hm2.月)。运用影子价格法计算了累积林冠截留价值、累积水文调节价值和累积水资源供给价值。根据计算结果,建立了月水文调节量和月水资源供给量与月降水量的回归方程。     

长江口悬沙对牟氏角毛藻(Chaetoceros muelleri)生长的影响

以牟氏角毛藻Chaetoceros muelleri为受试生物,通过不同浓度的悬沙对其生长影响的试验,探讨长江口悬沙对浮游植物生长的影响。研究结果表明,悬沙对浮游植物的影响有两个方面:一是悬沙影响水体的透明度,进而影响浮游植物的光合作用,对浮游植物生长起到抑制作用;二是悬沙中析出的污染物对浮游植物生长影响,悬沙浸出液浓度与浮游植物生长抑制率呈Logistic曲线关系。     

2020年夏季威海瑜泰海洋牧场底层海水溶解氧的日变化研究

利用2020年8月威海瑜泰海洋牧场获取的定点在线观测数据和大面航次观测数据,研究了夏季海洋牧场底层海水溶解氧的日变化特征,并探讨了其影响机制。结果表明,底层海水溶解氧浓度日变化的平均范围为4.02～4.45mg/L,呈现单峰结构,溶解氧浓度逐时的月标准差则存在多个峰值,溶解氧浓度每日峰值出现的时刻随日期推移向后延迟,其...     

汞镉对水稻叶片光合作用的影响

栽培在Cd浓度0,0.01、0.05、0.1、1、5ppm和Hg浓度0、0.1、0.5、1、3、5ppm的荷格兰德溶液中的水稻,其叶片光合强度随处理浓度和叶片金属含量增加而明显地下降。用不同浓度Cd、Hg处理的植株,在拔节期光合比率(即处理叶片光合强度为对照叶片光合强度的百分比,下同)分别减少17—43%和22—66%。到了盛花期,各处理叶片光合比率有所提高,低浓度处理的尤为显著,这是成年植株对重金属逐渐产生抗性的结果。Cd使叶片逐渐褪绿,破坏叶绿素结构;Hg抑制根系正常生长,妨碍水分吸收,从而抑制光合作用。初步看出在光合比率约减少50%时,叶片的表面伤害巳很突出,可达到严重受害的界限。光合比率下降导致了产量及千粒重的降低。     

基于冠层多维光谱的水稻镉污染胁迫诊断模型研究

鉴于镉对水稻各种生理特征参数的影响具有复杂隐蔽性,导致冠层光谱特征变化微小,需要采用一些方法增强和提取隐含在光谱中的污染弱信息.在水稻冠层高光谱数据和各种实测生化参数的支持下,利用主成分分析、独立分量分析和分形分析技术从高光谱遥感数据中提取镉污染弱信息,获取水稻镉污染敏感光谱因子,包括第一主成分F1、独立分量ICA1和光谱分维D.利用3个敏感因子分别构建水稻镉污染一维诊断模型,获得较好的诊断效果.进一步将3个光谱因子进行组合构建二维诊断模型和三维诊断模型,使污染胁迫诊断结果更稳定直观.     

四环素与镉复合污染对水稻根系的影响

为阐明抗生素与重金属复合污染对水稻根系的影响机制,考察了四环素（TC）与镉（Cd）单一和复合污染条件下,水培分蘖期水稻根系生长、污染物积累和根系分泌物的变化特征.结果表明：TC与Cd单一处理时,根部生物量和叶绿素含量下降,表现出毒害作用,低剂量的TC与Cd共同作用能够缓解其毒性效应;TC与Cd单一/复合污染均使根的伸长和植株蒸腾量表现出低促高抑现象.水稻根系对TC和Cd的吸收积累呈现出显著的剂量效应,且两者共存会改变污染物的生物可利用性及在根系的亲和力,从而协同促进TC和Cd在水稻根系的吸收积累,但更多的TC会与Cd络合导致根系Cd吸收减少.TC与Cd单一污染可显著抑制根系分泌物的分泌,复合污染条件下,对根系分泌物的影响随浓度升高存在差异：低浓度时能在一定程度上缓解TC/Cd对光合作用的抑制作用,且伴随蒸腾作用的增加,水稻根系分泌物增多;而高浓度时根系细胞完整性可能受损,进而抑制根系分泌物的分泌.进一步分析发现,高浓度时,根系分泌物中氨基酸及衍生物类、有机酸类和糖醇类物质的分泌显著增加,可能是因为TC与Cd的络合作用使Cd的生物可利用性降低,缓解了高Cd胁迫对水稻的毒性,促进分泌有机酸类、氨基酸及衍生物类和糖醇类物质,增强自我防护作用.本研究结果可为保障水稻安全生产,建立有效控制抗生素-重金属类复合污染的根际调控措施提供参考数据.