麦田O3干沉降过程及不同沉降通道分配的模拟

利用涡度相关系统对南京地区冬小麦田和裸土期O_3干沉降过程进行观测的基础上,引入Surfatm-O_3干沉降模型,对其叶片气孔阻力(R_s^(leaf))、土壤阻力(R_(soil))和表面阻力(R_(cut))的公式进行参数化修订和验证,开展了冬小麦主要生育期的总O_3通量(F_(O3))、干沉降速率(V_d)及其不同沉降通道分配的模拟,并间接分析了土壤排放的NO与O_3的化学反应对O_3干沉降过程的影响.结果表明:冬小麦田FO_3和V_d的实测值与模拟值趋势相似,平均实测和模拟V_d值分别为0.39和0.37cm/s,模拟值比实测值低估5.3%,其中每一个独立阻力公式的模拟效果均较好.平均非气孔沉降(表面沉降和土壤沉降)是O_3干沉降主要的沉降通道,占总O_3通量的68.8%,表面沉降占非气孔沉降的46.7%;平均绿叶和黄叶气孔沉降分别占总O_3通量的28.6%和2.6%.白天非气孔沉降比例减小至占总O_3通量的58.8%,绿叶和黄叶的气孔沉降比例比值增大,分别占总O_3通量的37.7%和3.5%.夜晚表面沉降和土壤沉降分别占总O_3通量的64.3%和35.7%.土壤排放的NO会与O_3产生化学反应,对O_3干沉降过程产生影响,需要在今后的O_3干沉降模型中考虑.

陆地生态系统臭氧干沉降的观测和模拟研究进展

近地层臭氧(O_3)会对植物的生长和产量均产生一定的负效应。由于人类活动引起的不断升高的近地层O_3浓度已经威胁到世界粮食安全。O_3主要以干沉降的方式沉降到陆地生态系统,所以需要定量确定陆地生态系统中O_3通量、干沉降速率和不同沉降通道的沉降过程,预测其对植物的潜在影响。介绍了目前O_3干沉降的主要观测方法及其模拟模型,从4个方面(O_3通量和干沉降速率的季节变化、日变化、气象因子等对O_3干沉降的影响、不同O_3沉降通道的沉降过程)重点评述了不同陆地生态系统O_3干沉降观测和模拟的研究进展现状,并对未来的研究工作进行了展望,以期为我国未来开展相关研究工作提供借鉴。

基于涡度相关法的麦田O_3干沉降及不同沉降通道分配的特征

近地层高浓度臭氧(O_3)会给植物的生长发育带来严重的负效应,而O_3本身难溶于水,主要通过干沉降方式沉降到陆地生态系统。该研究采用涡度相关法对冬小麦(Triticum aestivum)田主要生育期的O_3干沉降过程进行了观测,利用边界线技术和线性相关法分别分析了O_3干沉降速率最大值(Vdmax)和太阳辐射(SR)、温度(T)、相对湿度(RH)及O_3干沉降速率(Vd)和摩擦速度(u*)的关系,并运用彭曼公式结合总初级生产力(GPP)估算不同O_3沉降通道的分配比例。研究结果表明:(1)观测期间30 min平均O_3浓度(CO_3)、O_3干沉降通量(FO_3)、Vd分别为32.9 n L·L–1、–5.09 nmol·m–2·s–1、0.39 cm·s–1,CO_3、FO_3、Vd的变化范围分别为16–58 n L·L–1、–2.9––11.7 nmol·m–2·s–1、0.17–0.63 cm·s–1,其中FO_3和CO_3、Vd的关系并不是同步的。(2)初步推断出较强光照(SR≥400 W·m–2)、适宜的温度(T=18℃)以及较为湿润(RH>40%)的环境条件比较有利于O_3干沉降过程。其中Vdmax与SR呈增长关系(y=1.06–exp(–0.0094–x)),SR<400 W·m–2时Vdmax随SR的增大而增大,并在SR=400 W·m–2左右达到最大值,当SR≥400 W·m–2时Vdmax持续维持在最大值;Vdmax与T呈"钟形"曲线关系(y=1.06–(x–18)2/169),当T=18℃时Vdmax达到最大;当RH<40%时Vdmax呈下降趋势(y=0.030x–0.106);当相对湿度较高时,白天的Vd随RH下降有下降趋势,而夜间的Vd随RH增加而上升,因此Vd可能随RH增大而增大,也可能随RH增大而减小。u*与Vd存在一定的线性正相关关系,但相关并不显著。(3)整个观测期平均气孔O_3沉降通道和非气孔O_3沉降通道占总O_3干沉降通量的分配比例分别是32%和68%;白天通过气孔O_3沉降通道和非气孔O_3沉降通道所沉降的O_3通量平均占总O_3干沉降通量的比例分别是42%和58%,其中叶面积指数和降雨均会影响气孔O_3沉降。

冬小麦田O_3气孔与非气孔沉降及风险评估

为了深入了解农田生态系统的O_3干沉降过程,并基于O_3通量(尤其是气孔O_3累积通量)指标进行风险评估,利用涡度相关系统对冬小麦田的O_3干沉降过程进行了连续动态观测,初步分析O_3浓度和总O_3通量的变化过程,着重探析气孔O_3沉降和非气孔O_3沉降的变化特征及其与主要气象因子的关系,并基于剂量指标(AOT40)和通量指标(DF_s06)分别推算出冬小麦的产量损失率.结果表明,观测期间(自2016年3月16日至5月30日)日平均O_3浓度(cO_3)为32.9 n L·L-1;白天(08:00~18:00)和夜间平均总O_3通量(F_(O3))分别为-7.6 nmol·(m^2·s)^(-1)和-3.1 nmol·(m^2·s)^(-1),日均F_(O3)为-5.1nmol·(m^2·s)^(-1).逐日平均气孔O_3通量(F_s)的变化范围为0^-5.1 nmol·(m^2·s)^(-1),日均F_s为-1.43 nmol·(m^2·s)^(-1).逐日平均非气孔O_3通量(F_(ns))的变化范围为-1.43^-10.31 nmol·(m^2·s)^(-1),日均F_(ns)为-3.66 nmol·(m^2·s)^(-1).较强的太阳辐射(SR)、较高的温度(T)和适度湿润的条件有利于冬小麦气孔沉降;较强的SR、适度的T和湿润条件是有利于冬小麦非气孔沉降.在整个观测期间,总O_3累积吸收通量(DF_(O3))、气孔O_3累积吸收通量(DF_s)和非气孔O_3累积吸收通量(DF_(ns))分别为31.58、9.99和21.59 mmol·m^(-2),总DF_s和总DF_(ns)分别占总DF_(O3)的32%和68%.通过剂量指标AOT40和通量指标DF_s06响应方程计算出的冬小麦产量损失率分别为11.58%~20.37%和20%~23.56%.