EDU对臭氧胁迫下菠菜急性伤害症状和光合特性的影响

如何减轻近地层臭氧(O3)体积分数持续升高对作物的影响是污染生态学研究的热点之一。运用改进的开顶式气室(open-top chambers,OTCs)装置,对嘉兴尖叶、嘉兴圆叶和荷兰35三种菠菜(Spinacia oleracea L.)进行连续5 d,每天8 h的臭氧急性暴露处理,且在暴露前24 h喷施300 mg.L-1质量浓度抗氧化剂ethylenediurea(EDU),研究EDU对臭氧胁迫下菠菜急性伤害症状及光合特性的影响。结果表明:(1)菠菜暴露于高体积分数O3时,叶片出现失水干枯、坏死斑等急性伤害症状,光合色素含量、气体交换参数和光响应参数显著降低,且下降幅度和暴露体积分数呈正相关。(2)菠菜经EDU处理后,光合特性参数明显提高。对O3和EDU作双因子分析发现,随着臭氧体积分数升高,EDU对叶片气体交换参数的影响显著,而对其他参数的影响不明显。由此可见,尽管EDU的防护作用对高体积分数的O3胁迫是有限的,但喷施EDU仍能有效减轻O3对植物的伤害,这对缓解农田生态系统O3污染灾害有积极意义。     

地表臭氧浓度升高对冬小麦和大豆生长和产量的影响

我国近地层臭氧污染日趋严重,其不断增加的浓度对农作物的生长造成了严重威胁。以冬小麦和大豆为研究对象,基于大田开顶式气室(OTC)试验,分别设置对照(CK)、100 n L·L~(-1)和150 n L·L~(-1)这3个O3浓度处理组,对2种作物生长指标和产量等参数连续观测,结果表明:O3浓度增加对冬小麦和大豆的株高、叶面积和生物量产生影响,并且对大豆的影响更为明显。与此同时,O3浓度增加使得冬小麦的穗重、穗粒数以及大豆的单株荚数、单株粒数、单株粒重都呈现大幅度下降状态,进而导致其产量降低。在100 n L·L~(-1)臭氧处理下,冬小麦产量较CK降低了12.89%,而大豆产量下降了23.76%。在150 n L·L~(-1)的臭氧处理下,冬小麦产量较对照组降低了29.23%,大豆则比对照组下降了41.57%,与CK相比,大豆产量下降更为明显。上述研究表明,臭氧污染对农作物的生长具有显著影响,且大豆对O3的反应比冬小麦敏感。     

臭氧对农业生态系统影响的综合评估：以长江三角洲为例

如何评价和预测近地层臭氧(O3)浓度持续升高对作物的影响是污染生态学研究的热点之一.依据改进的开顶式气室(Open-top chamber,OTC)实验资料,建立了我国长江三角洲地区O3与3种典型农作物(水稻、冬小麦和油菜)的剂量-响应(Dose-response)函数,并对该地区2003年作物产量损失进行了综合估算.研究结果表明:1)水稻、冬小麦和油菜3种作物的O3临界水平值分别为7.434、2.280和7.328ppm·h,冬小麦最为敏感;2)O3污染已造成该地区较为严重的产量损失,2003年水稻、冬小麦和油菜分别减产3.04%、17.08%和5.92%,经济损失达到5.76、7.68和2.61亿元.长江三角洲地区高浓度O3污染必须引起足够的重视。     

O3对水稻叶片氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响

臭氧(O3)被认为是重要的气污染物之一,水稻又是主要的粮食作物,因而准确地评估O3浓度升高对水稻生长发育的影响具有十分重要的意义。采用开顶式气室法模拟研究了O3对水稻叶片可见伤害症状、氮代谢、脯氨酸和谷胱甘肽含量的影响。结果显示,O3污染胁迫会导致水稻叶片产生明显的伤害症状,具体表现为:老叶叶鞘褪绿,有褐斑,直至完全干枯;稻穗小且黄化,籽粒不饱满;水稻成熟期提前等。O3浓度升高对水稻叶片的硝酸还原酶活性有显著影响。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,水稻叶片硝酸还原酶活性与对照组相比均降低,其中,分蘖期分别降低了25.3%、67.4%和86.3%;拔节期分别降低了57.4%、75.7%和97.8%;抽穗期分别降低了91.0%、97.2%和99.3%;乳熟期分别降低了89.5%、89.5%和96.7%。水稻叶片铵态氮和硝态氮含量随着O3浓度的升高而显著地降低,例如当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,与对照相比,水稻叶片硝态氮含量分别降低46.3%、52.7%和65.7%,铵态氮含量分别降低6.5%、12.9%和43.4%。O3污染胁迫下水稻叶片脯氨酸含量在不同生长期变化不同,分蘖期、拔节期和抽穗期脯氨酸含量在40nL.L-1浓度O3熏蒸下急剧地提高,但是随着O3浓度的增加,脯氨酸含量又不断地降低。在水稻乳熟期,脯氨酸含量均随着O3浓度的增加而显著地下降。O3污染胁迫导致水稻叶片还原型谷胱甘肽(GSH)含量显著低于对照组,而氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量显著高于对照组。当O3浓度为40、80和120nL.L-1时,乳熟期水稻叶片GSH含量分别比对照组降低68.7%、80.2%和78.2%,GSSG含量分别比对照提高494.4%、527.2%和439.8%。研究表明,O3污染胁迫对水稻叶片氮代谢和抗氧化系统产生了极显著的影响。     

不同臭氧熏气方式对油菜光合速率、生物量和产量的影响

为准确评价臭氧(O3)浓度升高对农作物的影响,运用田间原位开顶气室(open-topchamber,OTC)研究了高浓度O3对油菜光合作用、生物量和产量的影响.实验包括3种O3水平,一种为经活性炭过滤的空气(CF),两种高浓度O3处理:经活性炭过滤后的空气加入恒定浓度为100nL·L-1的O(3CF100);经活性炭过滤后的空气加入具有日变化特征,其平均浓度和剂量与CF100相同的O3(CF100D).结果表明,CF100和CF100D均能使油菜叶片膜透性和H2O2自由基含量增加,光合色素含量和光合速率(photosynthesisrate,Pn)降低,最终导致油菜生物量和产量降低.与CF相比,CF100和CF100D熏气下油菜单位面积产量分别降低3.7%和18.6%.同时,实验还表明,CF100D对油菜的影响大于相同剂量的CF100.以上结果表明:1)高浓度的O(3CF100和CF100D)能够破坏细胞膜系统,减少光合色素数量,降低光合速率,从而降低作物生物量和产量;2)相同平均浓度和剂量的高浓度O3对油菜的影响因熏气方式的不同而有明显差异,目前采用的O3平均浓度和O3剂量指标不能准确评价O3浓度升高对油菜的影响.     

大气臭氧污染的生物学指标监测评价

臭氧是具有很大危害性的大气污染物之一,近150年来大气对流层中的臭氧质量浓度已经增加了36%,在今后50～100年内还将以每年0.5%-2%的速度继续升高。植物对大气污染物的敏感性是由多种因素相互作用而成的复杂综合性状。以不同质量浓度（分别为0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg·L-1）臭氧（O3）胁迫下的不同类型植物为例,观察植物在不同时间（2、4、6、8 h）的外观伤害症状和细胞膜透性与O3质量浓度的相关性。试验结果表明：不同植物对O3的敏感度不同,蔬菜对臭氧相对较敏感;低质量浓度长时间和高质量浓度短时间的作用条件下,植物的受害症状基本相同,典型症状表现为叶片上散布细密点状斑,斑点的颜色呈白色、黄色、棕褐色,也有褪绿斑;植物细胞膜透性数据即电导率直接反映植物受损程度。综合植物外观症状指标与生理生化指标建立了相对定量化的大气质量生物学指标评价模式,即划分为轻微（0-0.2）、轻度（0.2-0.4）、中度（0.4-0.6）、高度（0.6-0.8）、严重（0.8-1.0）5个受害等级,以定量的判断O3气体对植物的伤害。     

近地层O3污染对陆地生态系统的影响

随着全球气候变化对生态环境的影响日益增加,近地层臭氧(O3)污染的环境生态效应备受人们关注.现有研究表明,陆地生态系统的温室气体NOx和CH4释放、矿质能源消耗和机动车辆尾气排放量的增加将加剧近地层O3污染.O3污染通过降低植物叶片气孔导度、光合速率和净同化作用,改变同化物的分配,进而抑制植物生长和加速植物老化,导致作物和林木减产.O3污染导致植物-土壤系统碳积累和周定降低势必影响未来全球碳动力学和碳预算,而植物和根系生长受到抑制则不利于土壤养分、水分的吸收进而影响植物-土壤系统养分循环,但目前报导极少,尚无法准确判断对全球碳和养分循环的影响,亟待深入研究.由于环境因素间具有互作效应,目前模拟研究过多集中O3与CO2增加对陆地生态系统的复合效应方面,而与其它环境因子(如O3与NO、SO2、水分、温度等)的复合效应研究偏少,不利于在全球气候变化背景下深入了解与预测O3污染对陆地生态系统的影响程度与趋势.基于研究现状,未来应加强:(1)地表O3监测网络建设和监测,结合田间试验和建模加强草地、森林和农田生态系统对O3污染的响应研究;(2)长期定位研究,侧重陆地生态系统对O3污染连合其它温室气体、温度增加等模拟未来气候情景下的环境响应研究;(3)O3污染下土壤.植物系统碳循环和固定研究;(4)O3污染条件下优势植物和农作物在不同时空条件下的土壤.植物系统养分利用研究;以期为判断和预测全球气候变化背景下陆地生态系统对近地层O3污染加剧的响应程度与趋势提供数据资料和科学依据.     

地表臭氧增加对黄花夹竹桃和芒果叶片膜脂过氧化程度和保护酶活性的影响

以黄花夹竹桃（Thevetia peruviana（Pers.）k.Schum.）和芒果（Mangifera indica L.）苗木为材料,研究4种臭氧（O3）体积分数[环境大气NF,φ（O3）=10×10-9~20×10-9;低体积分数处理E50,φ（O3）=50×10-9;中体积分数处理E100,φ（O3）=100×10-9;高体积分数处理E200,φ（O3）=200×10-9]下两种植物叶片膜脂过氧化程度、可溶性蛋白质质量分数、可溶性糖质量分数和保护酶活性的变化情况,旨在揭示地表臭氧体积分数升高条件下2种植物生理代谢活动变化机理及响应规律。结果表明：随臭氧体积分数的增加,2种植物丙二醛含量和膜透性均逐渐上升,且与臭氧体积分数呈显著正相关关系,说明两种植物膜脂过氧化程度加剧;低体积分数O3处理时两种植物可溶性蛋白质量分数均逐渐下降,高φ（O3）处理后小幅回升;黄花夹竹桃可溶性糖质量分数逐渐下降,芒果先上升后下降;2种植物的POD活性均显著上升,但上升幅度有较大差异;2种植物的CAT活性均呈先升高再降低的趋势。研究表明,不同体积分数的臭氧暴露下,黄花夹竹桃和芒果均受到不同程度的伤害,芒果对臭氧表现出较强的抗性,黄花夹竹桃对臭氧较敏感。     

臭氧对南方3种木本植物的急性伤害症状及其生理指标变化

近地层O3污染越来越严重,而O3污染对中国木本植物的影响的报道较少。作者对南方3种木本植物尾叶桉(Eucalyptusurophylla)、米兰(Aglaiaodorata)和马尾松(Pinusmassoniana)进行连续3d,每天6h的O3熏气处理。臭氧体积分数分别为200×10-9和400×10-9。实验过程中对植物的外部受害症状进行观察记录,测定叶片的叶绿素含量、过氧化物酶活性(POD)、过氧化氢酶活性(CAT)、丙二醛含量(MDA)、可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量等生理指标。结果表明:3种植物对O3污染表现出不同的受害症状。受O3污染危害最重的为米兰,其次为尾叶桉,而马尾松抗性最强。O3污染导致植物叶绿素含量、可溶性糖含量呈下降趋势,而POD活性升高,少数种类则出现微弱的下降趋势。CAT基本表现为低浓度O3污染时活性上升,在高浓度时,由于酶的结构受破坏,而出现下降的趋势,但也有的种类是外部臭氧浓度越高,则CAT含量越高。丙二醛含量则是多数情况比对照升高,而某个种类变化不明显或稍有下降。可溶性蛋白含量是在低浓度O3污染时有所上升,而高浓度时则出现下降的情况。研究结果表明,在评价不同植物种类对污染物的抗性时,不能仅考虑某个生理指标的变化,还要综合考虑各个指标的状况。     

水稻灌浆期臭氧暴露对产量形成的影响

利用田间原位开顶式气室(Open-topchamber,OTC)研究了长江三角洲地区水稻灌浆期臭氧(O3)暴露对其产量形成的影响,从而确定灌浆期臭氧胁迫对水稻产量的影响.实验设计4种臭氧水平,即过滤空气(CF,O3浓度10nL·L-1);自然大气(NF,O3浓度40nL·L-1);臭氧动态1(O1,O3梯度为50、100、150nL·L-1,平均浓度70nL·L-1);臭氧动态2(O2,O3梯度为75、150、300nL·L-1,平均浓度170nL·L-1).结果表明,随着臭氧浓度的升高,水稻的株高、穗长、分支、穗粒数及水稻生物量和产量等指标均有下降的趋势,但4种处理间均无显著性差异(p>0.05).在试验浓度下,水稻灌浆期短期高浓度O3暴露对其产量没有显著影响,不会造成明显的产量损失,但与全生育期相比,水稻产量对灌浆期的高臭氧浓度更为敏感.     

近地层臭氧浓度升高对稻田土壤氨氧化与反硝化细菌活性的影响

利用中国唯一的稻麦轮作臭氧FACE（free-air O3 concentration enrichment,开放式空气臭氧浓度增高）试验平台,研究近地层臭氧浓度升高对稻田不同生育时期植株氮吸收量、土壤氮含量与脲酶活性、土壤氨氧化细菌与反硝化细菌数量以及成熟期土壤硝化与反硝化作用强度的影响。结果发现,臭氧浓度升高条件下,单株水稻（Oryza sativaL.）的氮吸收量趋于升高,土壤全氮含量趋于下降、脲酶活性趋于增强,在成熟期土壤全氮与对照相比平均下降9%,土壤脲酶活性与对照相比平均升高13%。在水稻整个生长季节,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的数量均呈现出先增多后减少的趋势,且均在开花期达到峰值,但臭氧熏蒸土壤与对照相比趋于升高;在水稻成熟期,土壤中单个氨氧化细菌和反硝化细菌的活性均趋于下降,土壤硝化强度和反硝化强度与对照相比也平均下降17%和24%。结果表明,近地层臭氧浓度升高条件下,稻田土壤氮素转化因为水稻氮素吸收增强而加快,土壤氨氧化细菌和反硝化细菌的数量均趋于增多,但它们的生理代谢活性均趋于下降。     

砖厂废气污染对橡胶树光合生理特性的影响

选取砖厂废气排放方向种植的橡胶树（Hevea brasiliensis）品系＂云研77-2＂为研究对象,在距离砖厂200、400、600 m处设置3个研究点,研究分析砖厂排放废气污染对橡胶树光合参数的影响。结果表明：砖厂废气排放对3个不同距离处橡胶树叶片光合参数有显著影响（P〈0.05）。随着橡胶树与砖厂距离的缩近,即污染加剧,橡胶树叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2（Ci）、蒸腾速率（Tr）、最大光合速率（Pmax）、光饱和点（LSP）、暗呼吸速率（Rd）和叶绿素含量（Chl）均呈下降趋势;最大荧光（Fm）、可变荧光（Fv）和最大荧光比（Fv/Fm）也下降,初始荧光（Fo）升高。该研究结果证明,砖厂废气污染对橡胶树光合生理特性有显著影响：相距砖厂600 m范围内,越靠近砖厂,橡胶树叶片光合特性越低。     

活性氮增加:一个威胁环境的问题

活性氮增加是当前全球变化的重要现象之一,已经对全球氮素循环产生了严重的影响。人类活动,如燃料燃烧、氮肥生产、固氮植物的培育和畜牧业的集约经营等是引起全球活性氮增加的主要原因。活性氮增加正在引起大气污染、N2O等温室气体增加、森林退化、土壤和淡水酸化、海水富营养化、陆地和水体生态系统物种组成变化和生物多样性减少等诸多环境问题。该文综述了活性氮及其对环境的影响,主要包括:⑴活性氮的来源;⑵活性氮生产的历史与现状;⑶活性氮对大气、水体、森林、土壤等多种生态系统的影响等,并提出了减少活性氮产量和降低其环境危害的一些思路。     

Gasförmige Stickstoffemissionen im Lebensweg von Getreide zur Energiebereitstellung

The reduction of energy-based environmental pollution is a declared goal of governmental action in all industrialised countries. In this context, the aim of this paper is to investigate the emissions of volatile nitrogen species with regard to their resulting environmental impacts by the example of the heat provision from whole cereal crops as a substitute for light oil products. First, the applied methodology of a Life Cycle Assessment is discussed. The emissions of volatile nitrogen species and their resulting environmental impacts are subsequently quantified putting a special focus on the emissions of gases from biogenic sources in the agroecosystem. The comparison of heat provision based on whole cereal crops versus light oil over the entire life cycle shows that heat from biomass results in a lower environmental impact regarding the anthropogenic greenhouse effect, but a higher one with respect to eutrophication, acidification and the depletion of the stratospheric ozone layer. These results may change if the energy crops are produced extensively during agricultural processes, if other mitigation measures are undertaken or if the emissions from the combustion in the biomass-fired boiler are reduced.     

含铅、镉重金属细颗粒物对几种陆生植物的暴露危害

大气重金属细颗粒物复合污染对陆生植物早期发育及幼苗生长的影响研究近年来成为大气科学与生态毒理学交叉领域研究的热点和难点。通过搭建合理的暴露场景,模拟严重大气污染浓度条件下,含Pb、Cd细颗粒物对黄瓜、小麦、西红柿和玉米4种受试植物出苗、幼苗生长期内茎高和鲜重等生物量的影响。结果显示,暴露处理组4种受试植物陆上部分对Cd元素的吸收增量变化范围为0~0.025 mg·kg-1;对Pb元素的吸收增量变化范围为0.020~0.292 mg·kg-1。暴露处理组4种受试植物出苗抑制率变化范围为0%~30%;茎高抑制率变化范围为-3%~14%;鲜重抑制率变化范围为-12%~3%。由此可见,在试验周期内,含Pb、Cd重金属细颗粒物复合污染对几种植物的陆上部分生物量的抑制作用不明显,甚至有积极的刺激作用。与空白对照组相比,暴露处理仅对小麦出苗抑制产生显著性差异,并显现协同效应。说明几种受试植物在现有暴露环境下,对设定浓度的污染物敏感性较低,受危害程度不大。     

SO2污染对农业害虫的间接影响

用开顶式熏气罩研究了SO2污染对粘虫、黄地老虎、小菜蛾、桃蚜、萝卜蚜和豆蚜等农业害虫的影响．结果表明，适度SO2污染显著地促进了这些昆虫的生长和／或繁殖，但高浓度SO2污染对它们有明显的不良影响，这种作用是通过食料植物间接发生的．这些昆虫对适度SO2污染的反应因种类而异：3种鳞翅目昆虫表现为幼虫的平均相对生长速率（MRGR）明显加快，成虫繁殖力变化不大；3种蚜虫主要表现为成蚜的繁殖力大幅度提高．若蚜（除豆蚜外）的MRGR也显著增加．对被处理食料植物营养成分的分析表明，SO2污染诱导的蛋氨酸相对含量变化可能是它产生这些间接影响的重要原因．     

Growth release and growth inhibition of Pinus tabulaeformis forest in the Loess Plateau of western Shanxi Province,China北大核心CSCD

There has been increased focus on the impacts of climate change on vegetation growth, and human activities that interfere with the vegetation. Discussing the effects of climate change and thinning activity on forest growth is essential to expand plantation areas. In this study, the dendroecological method was used to analyze the radial growth of Pinus tabulaeformis to reveal the impacts of climate change and human activities on forest stand growth. These samples were derived from three different density areas of P. tabulaeformis forest at the Linfen City of Shanxi Province (the east of Loess Plateau). The correlation analysis between tree ring width index and climatic factors indicated that the growth of P. tabulaeformis was negatively related to precipitation in January and the monthly maximum temperature in December of the previous year, whereas positively correlated with precipitation in July and the monthly maximum temperature in October in that year. The phenomena of growth release and inhibition could be attributed to the impacts of climate change and thinning during 1978-2003. However, growth inhibition was closely related to unsuitable climatic conditions. Plot 1 showed a moderate growth inhibition period when the growth variation was less than -50%, and growth release was caused by thinning. The growth variation was greater than 47% in the period of growth release. Moreover, a slight growth release occurred due to tending in plot 2, and the rate of growth change exceeded 39%. A slight growth suppression induced by uncomfortable climatic condition caused growth variation less than -32% and a moderate growth release by the interaction of cutting and comfortable counterpart made variation rate larger than 75% in plot 3. The release effects of thinning can last for about 5 years. In summary, inappropriate climatic conditions can inhibit the growth of trees, and thinning can promote tree growth by about 5 years. The results can provide a reference for local forest management. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

Health impacts of air pollution in China

•Impacts of air pollution on various body systems health in China were highlighted. •China’s actions to control air pollution and their effects were briefly introduced. •Challenges and perspectives of the health effects of air pollution are provided. The health effects of air pollution have attracted considerable attention in China. In this review, the status of air pollution in China is briefly presented. The impacts of air pollution on the health of the respiratory system, the circulatory system, the nervous system, the digestive system, the urinary system, pregnancy and life expectancy are highlighted. Additionally, China’s actions to control air pollution and their effects are briefly introduced. Finally, the challenges and perspectives of the health effects of air pollution are provided. We believe that this review will provide a promising perspective on the health impacts of air pollution in China, and further elicit more attention from governments and researchers worldwide.     

纳米氧化铜(CuO NPs)对紫花苜蓿幼苗根系活性氧(ROS)、抗氧化酶活性和根系活力的影响

根系通常是植物直接受到外界环境物质(如重金属离子和纳米金属氧化物)毒害的主要器官。本研究以紫花苜蓿的幼苗为实验材料,探讨了CuO NPs胁迫对紫花苜蓿幼苗根系的活性氧(ROS)积累、抗氧化酶活性和根系活力的影响。研究结果表明:(1)不同浓度的CuO NPs对紫花苜蓿幼苗根系H_2O_2和O-2·含量具有显著影响。随CuO NPs浓度增大,紫花苜蓿幼苗根系中H_2O_2和O-2·整体上呈现先增大后减少的趋势,除了0.00125 mol·L~(-1)CuO NPs浓度下紫花苜蓿幼苗根系中H_2O_2含量比对照减少外,其他浓度下的H_2O_2和O-2·的含量都比对照有所增加,并且H_2O_2和O-2·的含量都是在0.0125 mol·L~(-1)CuO NPs浓度下达到最大值。(2)不同浓度的CuO NPs对紫花苜蓿幼苗根系抗氧化酶活性具有显著影响。随CuO NPs浓度增大,紫花苜蓿幼苗根系中SOD、POD、APX和CAT酶的活性都呈现先增大后减少的趋势,其中,SOD和POD、APX、CAT酶的活性分别是在0.00625、0.0125、0.0625 mol·L~(-1)CuO NPs处理下达到最大,表明这些抗氧化酶在清除根系中的活性氧方面表现出较强的协同性和补偿性。(3)不同浓度的CuO NPs对紫花苜蓿幼苗根系活力具有显著的影响。随着CuO NPs浓度的增加,紫花苜蓿幼苗根系活力逐步升高,这是一种生物适应性应激响应的体现。