Effects of elevated ozone on growth and yield of field-grown rice in Yangtze River Delta, China

With rapid industrialization and urbanization in the Yangtze Delta, China, the tropospheric ozone concentration has increased to levels that induce crop yield loss. Rice, a widely grown crop in China, was investigated in field-established, open-top chambers. Four treatments were used： charcoal-filtered air （CF）, non-charcoal-filtered air （NF）, and charcoal-filtered air with two levels of additional ozone （O3-1 and O3-2）. The AOT40s （accumulated hourly mean ozone concentration above 40 ppbv） were 0, 0.91, 23.24, and 39.28 ppmv.h for treatment of CE NF, O3-1, and O3-2, respectively. The rice height and biomass were reduced in the elevated ozone concentration. Less organic matter partitioning to roots under the elevated ozone significantly decreased rice root activity. The yield loss was 14.3% and 20.2% under O3-1 and O3-2 exposure, respectively. This was largely caused by a reduction in grain weight per panicle.     

气候变化情景下地表O3对水稻产量的潜在风险评估

利用2013~2015年水稻生长季期间气象因子、O₃浓度和气孔导度的实测数据,分析了O₃浓度与AOT40的变化,引入并修订了水稻气孔导度模型,模拟了水稻气孔O₃吸收通量的动态变化,评估了当前和未来气候变化情景下O₃污染所造成的水稻产量损失.结果表明：2013~2015年水稻生长季期间的白天时段,平均O₃浓度分别为35.8,42.0,47.9nL/L,AOT40值分别为5.33,9.03,11.25μL/（L·h）.修订后的模型可用于本地区水稻气孔导度的模拟,2013~2015年水稻气孔O₃通量AF_st02分别为2.02,6.42,7.79mmol/m².2013~2015年地表O₃造成水稻平均相对产量损失分别为4.9%、11.7%和14.3%.在未来气候变化情景下若不考虑O₃浓度的变化,O₃对水稻的胁迫效应将会降低,若考虑未来O₃浓度的变化,O₃造成水稻产量的损失将增加4.7~5.7%.     

EflFect of long-term ozone fumigation on growth development and yield of spring wheat in open-top field chamber

The experimental plants were grown in open-top chamber and exposed to 0.26 ppm of ozone for six hrs. per day from seedling stage till ripening. The results showed that the height of plants, rates of earing, flowering, grain forming, ripening and the weight/1000 kernels all declined in fumigated plants in comparison with the controls. The yield lost 76.7%. The actual actions of ozone were that it caused foliar injury and chlorophyll destruction accelerating leaf senescence, reduction of assimilation products. O3 was unfavorable injurious to transport and accumulation of substances to the grains after flowering.     

近地层大气臭氧对水稻光合作用影响的数值模拟

利用TE 4 9C型臭氧自动观测仪测定了常熟稻田上方O3 浓度 ,并利用OTC 1型开顶式气室测定了O3 浓度对水稻叶片光合速率的影响 .在此基础上建立了O3 对水稻冠层光合影响的数值模式 ,模式具有较高分辨率和准确度 .观测表明 :O3 浓度逐时值变化幅度在 0～ 16 0× 10 -9之间 ,而日平均值变化仅在 5× 10 -9～ 6 0× 10 -9范围内 ;稻田上方O3 存在高浓度单峰型和低浓度平缓型两种典型日变化 .数值分析表明 :全晴天时高浓度单峰型对光合日总量影响较大 ;随日总辐射量加大臭氧浓度增加对光合作用影响程度加强 .全生育期积分表明 :受O3 影响水稻光合作用总损失量约为 11 6 % .     

用旋转布气法开顶式气室研究臭氧对水稻生物量和产量的影响

在开顶式气室（open top chamber, OTC）内,检测了旋转布气法的气体交换效能和对O₃分布的均匀性及稳定性,研究了O₃体积分数升高对水稻(Oryza sativa L.) 光合速率、生物量和产量的原位影响.经实验检测,旋转布气法能使O₃在OTC内分布比较均匀、稳定,满足OTC内布气要求,使气室内外最大温差为1.87℃;同时实验还表明O₃体积分数的升高减少了水稻叶片光合速率、抑制了生物量的累积和降低了水稻的产量.在O₃体积分数为1×10^-7和2×10^-7　暴露下,水稻叶片光合速率分别比对照降低38.6%和53.9%,地上生物量累积速率分别降低8.8%和32.3%,产量分别降低10.1%和53.1%.结果表明,该旋转布气方法性能稳定,可广泛用于大气特定成分变化对近地层生态系统的原位影响研究.     

2013~2019年臭氧污染导致的江苏稻麦产量损失评估

基于2013~2019年江苏省115个监测站点的逐时臭氧观测数据和97个县级行政区的农作物年产量,利用AOT40的暴露响应关系,结合空间分析等方法,评估了臭氧污染导致的冬小麦和水稻两种农作物的产量损失.结果表明,2013~2019年,冬小麦和水稻的AOT40分别为（2.76~17.05）×10^-6h和（0.15~31.69）×10^-6,分别在2018年和2016年达到峰值.苏南地区水稻生长期的AOT40高值分布较多,苏北地区近3年两种农作物生长期的AOT40都有明显增势.2013~2019年,冬小麦年相对产量损失为17.7%~31.0%,年绝对产量损失达（1.94~3.75）×10⁶t.年产量损失最高的地级市是盐城和徐州,损失最低的是南京和无锡.2013~2019年,水稻年相对产量损失为8.6%~15.6%,绝对产量损失为（3.03~6.04）×10⁶t.年产量损失最高的地级市是盐城和淮安,损失最低的是无锡和常州.江苏省每年由于臭氧污染导致的农作物产量损失约相当于5000多万人一年的粮食消费量,臭氧污染对粮食生产安全造成了较为严重的威胁,应当采取有效的政策和措施控制臭氧污染,保证粮食生产稳定.     

生物质循环流化床锅炉臭氧脱硝试验研究

为了揭示生物质锅炉中活性分子臭氧脱硝的特点,在一台应用了活性分子臭氧深度一体化超低排放技术的生物质循环流化床锅炉上,开展烟气臭氧脱硝试验。采用烟气分析仪测量锅炉尾部烟道活性分子臭氧喷入前和塔顶烟囱处的烟气组分,重点探究了脱硝前后烟气污染物的排放特性以及臭氧投加量对脱硝效果的影响。结果表明:由于入炉生物质燃料的水分和热值的变化有较强的随机性,机组负荷及CO、NO_x等污染物初始浓度均随之波动;烟气中NO_x初始浓度的平均值为146 mg/m³,最高值可达480 mg/m³,其瞬时值与含氧量有着非常强的线性相关性,线性回归相关系数(R²)为0.96;随着臭氧投加量的增加,脱硝率从臭氧发生器功率为118 kW时的24%增至250 kW时的95%;应用活性分子臭氧脱硝技术后,臭氧发生器功率为250 kW时,烟气中NO_x浓度一直稳定在15 mg/m³以下,满足超低排放标准要求。     

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.     

臭氧和模拟酸雨对冬小麦气体交换、生长和产量的复合影响

为探明酸雨和臭氧(O3)对作物是否存在复合影响,运用田间原位开顶气室研究了pH4.0模拟酸雨(SAR)和O3对冬小麦气体交换、生长和产量的影响.该实验包括3种处理:CF处理采用经活性炭过滤后的空气,作为对照;CF100处理采用经活性炭过滤后的空气加人恒定浓度为100 nL·L-1的O3;CF100 SAR处理为在CF100的基础上对冬小麦喷施pH 4.0模拟酸雨,喷施量为150 mL·m-2,每10d一次.结果表明:①CF100和CF100 SAR组冬小麦叶片细胞膜系统受到破坏,光合色素含量和气体交换参数降低,抑制了作物生长,导致生物量和产量下降.与CF相比,CF100和CF100 SAR处理下冬小麦产量分别降低了68.2%和63.6%;②与CF100组相比,CF100 SAR组对冬小麦细胞膜系统和叶绿素a含量产生显著的复合影响(p＜0.05),而对叶绿素b和类胡萝卜素含量、气体交换、小麦生长、生物量和产量的复合影响不显著.     

Quantitative analysis of microbial biomass yield in aerobic bioreactor

We have studied the integrated model of reaction rate equations with thermal energy balance in aerobic bioreactor for food waste decomposition and showed that the integrated model has the capability both of monitoring microbial activity in real time and of analyzing biodegradation kinetics and thermal-hydrodynamic properties. On the other hand, concerning microbial metabolism, it was known that balancing catabolic reactions with anabolic reactions in terms of energy and electron flow provides stoichiometric metabolic reactions and enables the estimation of microbial biomass yield (stoichiometric reaction model). We have studied a method for estimating real-time microbial biomass yield in the bioreactor during food waste decomposition by combining the integrated model with the stoichiometric reaction model. As a result, it was found that the time course of microbial biomass yield in the bioreactor during decomposition can be evaluated using the operational data of the bioreactor (weight of input food waste and bed temperature) by the combined model. The combined model can be applied to manage a food waste decomposition not only for controlling system operation to keep microbial activity stable, but also for producing value-added products such as compost on optimum condition.     

Quantitative analysis of microbial biomass yield in aerobic bioreactor

We have studied the integrated model of reaction rate equations with thermal energy balance in aerobic bioreactor for food waste decomposition and showed that the integrated model has the capability both of monitoring microbial activity in real time and of analyzing biodegradation kinetics and thermal-hydrodynamic properties. On the other hand, concerning microbial metabolism, it was known that balancing catabolic reactions with anabolic reactions in terms of energy and electron flow provides stoichiometric metabolic reactions and enables the estimation of microbial biomass yield (stoichiometric reaction model). We have studied a method for estimating real-time microbial biomass yield in the bioreactor during food waste decomposition by combining the integrated model with the stoichiometric reaction model. As a result, it was found that the time course of microbial biomass yield in the bioreactor during decomposition can be evaluated using the operational data of the bioreactor (weight of input food waste and bed temperature) by the combined model. The combined model can be applied to manage a food waste decomposition not only for controlling system operation to keep microbial activity stable, but also for producing value–added products such as compost on optimum condition.     

广东省水稻产量关键影响气候因子识别与气候影响估算

农业是受气候变化影响最显著的国民经济行业,农业生产不仅关乎一个国家粮食供给安全,也为其他产业部门提供基础原材料,因此在全球气候变化的大背景下研究气候变化对农业产量的影响是评估气候变化影响经济的重要方面,受到学界普遍关注.以极端气候多发的水稻主产区之一广东省为例,基于作物生产函数模型并引入月度气候因子变量,综合测度农用物...     

消耗臭氧层物质对平流层臭氧的影响预测

采用美国戈达德航天中心的雨云气象卫星臭氧全球网格资料,从中截取中国大陆主体部分(69.375°E～139.375°E、14.5°N～54.5°N)的数据,分析臭氧柱浓度变化的统计特性.结果表明,1979～1998年,大陆主体上空区域的臭氧柱浓度下降趋势明显,青藏高原上空的臭氧柱浓度下降速度较全国水平略快.假定其他缔约国均履行蒙特利尔议定书的前提下,以1980年臭氧柱浓度情形为基准,利用臭氧柱浓度与消耗臭氧层物质浓度之间的关系,预测了中国履行蒙特利尔议定书与不履行两种情形下,2001～2050年中国上空臭氧柱浓度变化情况.结果表明,中国履约受控情形下,2050年大陆主体部分上空的臭氧柱浓度将与其1980年的水平相近;不受控情形下,柱浓度将持续下降,2050年整个大陆主体上空绝大部分地区臭氧柱浓度值均低于240DU.     

气候对河南省小麦产量的影响及其变化研究

河南省位于亚热带与温带的气候过渡带 ,小麦产量对气候变化非常敏感 ,气候对小麦产量影响的南北过渡性很明显。文中用正交多项式的方法分离小麦产量 ;用积分回归的方法分析气候对小麦产量的影响。在此基础上 ,首先根据降水量、温度和日照时数对小麦产量影响的区域分布 ,分别把河南省分为4个降水量影响区、4个温度影响区、5个日照影响区 ;然后 ,采用滑动积分回归的方法 ,分别分析了亚热带和温带3个影响因子对小麦产量影响的变化 ;最后 ,讨论了未来气候变化的可能影响。     

南京大气臭氧浓度的季节变化及其对主要作物影响的评估

近年来,近地面O_3浓度呈不断上升趋势,高浓度O_3会影响作物的生长导致产量降低.本文利用2014~2016年南京市近地面O_3浓度的连续观测数据,分析了O_3浓度的变化特征及其对冬小麦和水稻产量与经济损失的影响.结果表明,2014~2016年南京市O_3年平均浓度分别为62.9、68.6和69.1μg·m-3,O_3浓度和超标日数均呈现逐年增加的趋势.季节平均的O_3浓度大小的顺序为:夏季、春季、秋季和冬季.四季O_3浓度的日变化均为明显的"单峰型",峰值出现在15:00~16:00,谷值出现在07:00~08:00.2014~2016年冬小麦生长季期间AOT40的数值分别为10.5、14.4和9.4μL·L~(-1)·h,水稻生长季期间AOT40的数值分别为8.5、20.0和25.6μL·L~(-1)·h.近地面O_3对冬小麦的影响要高于水稻,其中,2014~2016年O_3造成冬小麦减产范围为21.4%~32.8%,每年的经济损失达15 076.6~27 799.6万元,造成水稻减产范围为8.1%~24.3%,每年的经济损失达19 747.2~68 075.7万元.     

Watering techniques and zero-valent iron biochar pH effects on As and Cd concentrations in rice rhizosphere soils, tissues and yield

Zero-valent iron amended biochar (ZVIB) has been proposed as a promising material in immobilizing heavy metals in paddy fields. In this study, the impacts of pH of ZVIB (pH 6.3 and pH 9.7) and watering management techniques (watering amount in the order of CON (control, 5/72)>3/72>1–3/72>3/100>1/72, with 5/72, for example, representing irrigation given to 5 cm above soil surface in 72 hr regular interval) on As and Cd bioavailability for rice and its grain yield (Yield_BR) were investigated in a pot experiment. Brown rice As (As_BR) content was irrelative to the watering treatments, while significantly decreased (>50%) with the addition of both ZVIB materials. The diminutions of brown rice Cd (Cd_BR) content as well as the Yield_BR were highly dependent on both the soil amendment materials’ pH and watering amount. Among all the watering treatments, 3/72 treatment (15% less irrigation water than the CON) with ZVIB 6.3 amendment was the optimum fit for simultaneous reduction of As_BR (50%) and Cd_BR contents (19%) as well as for significant increment (12%) of the Yield_BR. Although high pH (9.7) ZVIB application could also efficiently decrease As and Cd contents in brown rice, it might risk grain yield lost if appropriate (e.g. 3/72 in our study) watering management technique was not chosen. Therefore, ZVIB would be an environmentally friendly option as an amendment material with proper selection of watering management technique to utilize As and Cd co-contaminated arable soils safely for paddy cultivation.     

大气臭氧浓度升高对农作物产量的影响

大气O₃浓度升高对农作物产量的影响是评估大气O₃造成农作物减产及经济损失的基础. 分别在北京和广东东莞建立OTC(田间开顶式气室)系统,开展大气O₃对大田冬小麦和水稻的影响研究,在整个生长期对作物进行O₃熏蒸,计算O₃暴露量,获得冬小麦和水稻产量与O₃暴露量之间的响应关系. 结果表明:东莞水稻临界水平(以AOT40计,AOT40为大于40nL/L的小时平均φ(O₃)与40nL/L差值的累计值)为4.95μL/(L·h),而北京冬小麦为2.44μL/(L·h). 根据我国已有农作物O₃暴露量-产量响应关系计算可知,我国水稻和冬小麦的AOT40分别为4.950~9.506和2.280~3.858μL/(L·h),水稻对O₃的敏感性从我国北方到南方呈逐渐增加态势,但冬小麦对O₃敏感性并无明显的地域变化规律. 在大田环境大气φ(O₃)条件下,东莞水稻相对产量损失为2.70%〔AOT40=2.68μL/(L·h)〕,北京冬小麦的相对产量损失为12.85%〔AOT40=6.72μL/(L·h)〕. 我国农作物生长环境多样,作物种类繁多,需要继续开展试验研究来建立本地化O₃暴露量-产量响应关系,用于合理评估区域农作物产量损失.      

基于MODIS火点数据分析南北方省份生物质开放式燃烧与排放特征

利用2018年全国范围内的MODIS火点数据,结合土地利用数据信息,运用地理信息系统空间分析方法和统计分析方法,以火点数据、生物量及各污染物排放量为指标,分析了南北方省份生物质开放燃烧的时空特征.计算结果显示,北方省份森林火灾、草原火灾、秸秆露天焚烧生物量分别为107× 104、74× 104、498× 104t,南方...     

O3浓度升高对南方城市绿化树种氮素的影响

近地层臭氧(O3)浓度升高会降低树木的光合速率,抑制Rubisco酶的活性,势必会间接影响树木N素的吸收与分配.本研究利用开顶式气室研究过滤大气(CF,<20 nL·L-1)与O3浓度升高(E-O3,约150 nL·L-1)对10种南方城市常用绿化树种幼苗N素吸收和分配的影响.结果表明,与CF相比,E-O3使枫香叶生物量和马褂木茎生物量分别显著降低了20.9%和21.4%,使枫香和马褂木的根生物量显著降低了24.2%和32.5%.O3对被测树种茎中N素含量影响显著,而对叶和根中N素含量无显著影响.O3对被测树种整株树N素吸收总量(Ntu)、叶片N素吸收量及根的N素吸收量存在显著影响,而对茎N素吸收量无显著影响.与CF相比,E-O3使马褂木与木荷的Ntu分别显著降低了28.4%与22.7%,而使舟山新木姜子Ntu显著增加了15.5%.O3浓度升高对各树种N素吸收量在各器官中的分配无显著影响.     

咸宁市大气臭氧敏感性和污染来源解析

为掌握咸宁市臭氧（O₃）污染状况,基于统计分析方法研究咸宁市2018年O₃地面观测数据,发现该年3~10月均有O₃浓度超标日发生,其中6、8、9、10月有浓度较高且持续时间较长的严重污染,高浓度时段集中于4~7月的每日12：00~20：00,浓度峰值出现时间约为16：00前后.使用OBM模型模拟,借助EKMA曲线、RIR分析等识别O₃敏感性,发现咸宁属于VOCs控制区,O₃生成对人为源VOCs中的二甲苯类芳香烃和烯烃类较敏感,这两类物种浓度均削减10%后分别得到RIR值为0.271和0.238.开展离线VOCs监测,经PMF方法解析得到5类源,其中工业排放为O₃污染主要贡献源,二甲苯类芳香烃绝大部分来自溶剂使用,烯烃类主要来自燃烧源.当O₃超标时,相比于非超标日,植物源、溶剂使用和燃烧源的贡献率均有增加,其中植物源的贡献增量较大,而机动车尾气和工业排放的贡献率却有一定程度的降低.