地表臭氧浓度增加对南京地区冬小麦生长和产量的影响

利用改进后的开顶式气室(OTC),开展了O3浓度增加对冬小麦生长与产量影响的大田实验研究。实验设置三种处理:CK为未经处理的空气,CF100处理O3浓度为100nL/L,CF150处理O3浓度为150nL/L。结果表明,地表O3浓度增加,冬小麦生育期缩短,籽粒的灌浆期缩短,植株提前老化;同时,冬小麦的株高、生物量、叶面积等生长指标均显著下降(p<0.05),最大降幅分别达到了10.01%、36.56%和29.17%;冬小麦的穗数、穗粒数、单位面积产量等产量指标也都出现了显著下降(p<0.05),其中CF100、CF150处理的单位面积产量分别比CK下降了16.11%和39.17%。试验结果对于评估地表O3浓度增加对粮食安全的影响具有重要的指导意义。

广州暖季夜间臭氧增加事件的特征及一次水平输送个例分析

近年来,我国粤港澳大湾区臭氧污染问题日益突出,夜间臭氧浓度呈增长趋势.目前,大部分研究主要关注于白天臭氧的生成过程,而对夜间臭氧浓度不降反升现象的认识明显不足.本研究利用2014—2019年粤港澳大湾区中心城市广州的污染物观测数据,统计了夜间臭氧出现增加(NOE:nocturnal ozone enhancement,定义为夜间20:00—6:00臭氧相邻时刻增加量大于5×10^(-9)(Part per billion,下同))的频率、出现时间、峰值浓度,结合ERA5再分析数据和常规气象观测数据分析了NOE事件的潜在成因及垂直和水平输送的相对贡献大小.结果表明,广州暖季(4—11月)夜间出现NOE事件的年平均天数为(59±11)d,主要发生于23:00—3:00.NOE事件造成的夜间峰值浓度可达到(33±10)×10^(-9),明显高于不出现夜间臭氧增加(NNOE:non-enhanced nocturnal ozone,定义为夜间20:00—6:00臭氧相邻时刻增加量均小于1×10^(-9))时的浓度((16±12)×10^(-9)).相比于NNOE事件,出现NOE事件对应的当日最大8 h浓度、次日最大8 h浓度、夜间平均O_(x)(O_(x)=O_(3)+NO_(2))浓度、夜间PM_(2.5)浓度以及夜间平均水平风速明显偏高.加强的垂直混合和高浓度臭氧的区域输送是广州形成NOE事件的主要成因,9月和10月臭氧的水平输送对NOE事件形成的贡献更显著,而其他月份垂直输送的贡献相对更大.未来需要结合模式进一步诊断NOE事件的成因和量化不同气象过程的相对贡献大小,以便更好的认识臭氧的日变化规律和为区域臭氧污染防治提供科学依据.

O3浓度升高和太阳辐射减弱对小麦根际土壤微生物功能多样性的影响

采用开顶箱(OTC)法和遮光网技术,设置100 n L/L臭氧熏气与3个辐射减弱梯度结合,模拟臭氧浓度升高和太阳辐射减弱的复合大气背景。用BIOLOG生态测试板,采用孔平均颜色变化率法(AWCD)测定冬小麦根际土壤微生物利用不同碳源的能力,计算微生物群落多样性指数,对不同碳源的利用率进行了主成分分析。两年试验结果显示,臭氧熏气与太阳辐射减弱复合作用,降低了土壤微生物对碳源的利用速度和利用总量;除了聚合物以外其它碳源利用率显著降低;对土壤微生物多样性没有直接的影响;对碳源降解的抑制效应大于增强的O3与减弱的太阳辐射两因素各自的单独作用。太阳辐射减弱20%,一定程度上增加了对聚合物类的分解。O3熏气条件下太阳辐射减弱,糖类、胺类代谢变异度较高,受环境影响较大。

四年O_3熏气对小麦根际土壤氮素微生物转化的影响

采用开顶箱(open top chambers,OTC)法设置3个臭氧浓度梯度,连续4a对小麦生长季土壤进行臭氧增加试验。测定小麦拔节、孕穗、抽穗、灌浆和成熟期的根际土壤微生物量氮、氨氧化细菌、反硝化细菌数量以及硝化和反硝化强度。结果显示微生物量氮、氨氧化细菌数量和硝化强度随小麦生育进程的推进,呈先升高后降低的趋势,4a变化趋势相同。O3胁迫下,小麦根际微生物量氮、氨氧化细菌数量、硝化强度亦降低,与对照比较,均达显著水平(P<0.05);随O3作用年限增加,抑制效应越强,第4年O3对其的抑制率显著高于第1年的抑制率。反硝化细菌数量在前期没有显著变化,成熟期则增加两个数量级,O3显著促进成熟期反硝化细菌数量增加。4a试验有相同的变化趋势。在较短时间里O3对土壤反硝化强度没有显著影响,而作用3个生长季后,反硝化强度显著升高。结果说明,O3浓度升高降低了麦田土壤微生物量氮、氨氧化细菌数量和硝化强度,并有一定的积累效应。O3剂量和作用时间的累积量达到一定阈值,显著增加土壤反硝化细菌数量和反硝化强度,增加麦田土壤N2O排放的风险。土壤氮素微生物转化受小麦生长发育状况和O3剂量、作用时间的共同影响,不同形态的氮素对O3的敏感阈值不同,响应的时间和变化的范围有差异。

麦田根际土壤反硝化作用对O_3熏气和太阳辐射减弱的响应

为研究臭氧浓度升高和太阳辐射减弱复合背景下,麦田土壤反硝化作用及N2O排放的变化,采用开顶箱(OTC)法和遮光网技术,设置3个臭氧浓度梯度及3个辐射减弱梯度,连续4a对小麦生长季麦田土壤进行臭氧浓度增加太阳辐射减弱以及它们的复合作用的试验。采用MPN(最大或然数)法测定反硝细菌的数量,用气相色谱法测定反硝化强度。结果显示反硝化细菌数量和反硝化强度受小麦生长发育的影响,在小麦成熟期收割后土壤反硝化细菌数量和反硝化强度增加得特别明显。O3连续作用3个生长季后,以及太阳辐射减弱处理,土壤反硝化菌和反硝化强度显著升高,N2O排放量显著增加。减弱的太阳辐射与增加的O3复合作用,在小麦的每个生育期均显著促进了反硝化菌数量增加和反硝化强度增强,促进率显著高于O3和遮荫的单独作用。结果说明,O3浓度增加以及太阳辐射减弱对土壤反硝化菌和反硝化强度均有一定的促进作用,减弱的太阳辐射与高浓度的O3两因素之间存在协作关系,太阳辐射减弱有利O3的吸收,增加O3伤害,促进反硝化过程。

静电式空气净化器对PM2.5净化效果研究

为研究静电式空气净化器对PM2.5的净化效果,从阻力、臭氧和PM2.5净化效率三方面分别研究了风速、离子化电压和净化装置的不同组合对测试结果的影响。结果显示,当风速由1.5 m/s升高至3.0 m/s时,PM2.5净化效率下降,阻力有所增加;当电压由7.5 kV升高至9 kV时,PM2.5净化效率由75.0%提高至96.0%,但臭氧增加量从0.004 mg/m3升高到0.020 mg/m3;2台空气净化器串联模式、净化器与过滤器串联模式下,净化效果分别为95.2%和98.0%,后者阻力大而臭氧增加量低。提示静电式空气净化器及其与过滤器组合安装均可有效清除PM2.5,可根据需要选择安装模式。