论文部分内容阅读
随着城市化进程加剧,近几十年来全球对流层臭氧的浓度持续增加,近地层臭氧污染是当前人类面临的日益严重和亟待解决的环境危机之一。在臭氧胁迫下,植物叶片会出现伤害斑,加速老化,进而导致植物光合能力下降等一系列生理指标发生变化。全球气候变化和极端气候常态化使得臭氧和环境因子的交互作用大大增加。为了进一步了解森林生态系统应对全球气候变化的响应,尤其是城市生态系统对臭氧污染的响应机制,本研究选用城市园林植物白皮松(Pinus bungeana)、侧柏(Platycladus orientalis)、栾树(Koelreuteria paniculata)和银杏(Ginkgo biloba)幼苗为研究对象,通过不同臭氧浓度梯度处理(NF:正常环境大气臭氧浓度、NF40:正常环境大气臭氧浓度+40 nmol.mol-1和NF80:正常环境大气臭氧浓度+80 nmol·mol-1),对城市树木光合能力以及其他生理生化指标进行测定;根据树木吸收臭氧和蒸腾作用通过气孔耦合的理论基础,基于树干液流技术进行人工控制下不同臭氧浓度林木吸收臭氧试验,分析不同臭氧浓度下林木整树吸收臭氧速率(FO3)的变异范围及时间变化,以证实臭氧浓度的高低与树木蒸腾和臭氧吸收的关系;同时,结合林木冠层气孔导度(Gc)的变化特征,探讨树木吸收臭氧和环境的关系,明确臭氧浓度的高低如何影响林木蒸腾变化,为全球气候变化下我国治理城市空气污染,提高城市生态环境提供理论依据。具体结果如下:(1)不同树种在臭氧浓度升高情况下均出现抑制树木生长的现象,臭氧浓度升高植物株高和50cm处直径均增加缓慢,不同树种之间臭氧浓度升高对直径的影响无显著差异;在NF臭氧浓度下不同树种的叶片均表现完好,叶片无任何伤害症状;随着臭氧浓度增加叶片出现枯黄和死亡,在NF40臭氧浓度下叶片出现了萎蔫,在NF80臭氧浓度下树木叶片出现了大量萎蔫、死亡和落叶;白皮松和侧柏抗臭氧污染能力较强,栾树和银杏抗臭氧污染能力较弱,臭氧浓度升高对植物的伤害对阔叶树更敏感。(2)随着臭氧浓度不断升高,不同植物的气孔密度、气孔开度和气孔大小均显著降低,不同树种的各项气孔特征指标之间均存在显著性差异,随着臭氧浓度升高,植物的气孔密度、气孔开度和气孔大小的下降率均为银杏大于白皮松;白皮松的气孔密度大于银杏,白皮松的气孔密度在360个·mm-2—510个·mm-2之间,而银杏的气孔密度在140个·mm-2—196个·mm-2之间;白皮松的气孔开度和气孔大小小于银杏,白皮松的气孔开度在105mm2—180μm2之间,银杏的气孔开度在480μm2—695μm2之间,气孔开度银杏是白皮松的3.85—4.57倍;白皮松的气孔大小在180μm2—335μm2之间,银杏的气孔大小在820μm2—1200μm2之间,气孔大小银杏是白皮松的3.42—3.58倍;(3)不同树种的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率均随着臭氧浓度升高而显著减小,不同树种的胞间C02浓度则随着臭氧浓度升高显著增大;不同臭氧浓度下栾树和银杏的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间C02浓度均大于白皮松和侧柏,白皮松和侧柏的水分利用效率大于栾树和银杏;臭氧浓度升高对植物光合作用的影响,在阔叶树上表现的更为明显。(4)不同树种的最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递量子产率、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量均随着臭氧浓度升高而显著减小,不同树种的相对电导率则随着臭氧浓度升高显著增大;不同臭氧浓度下白皮松和侧柏的光化学效率、电子传递速率、叶绿素含量和相对电导率均大于栾树和银杏;臭氧浓度升高对植物生理特性的影响,在栾树和银杏上表现的更为明显,说明阔叶树对臭氧更敏感。(5)不同树种液流密度月变化和日变化均随着臭氧浓度升高而降低,臭氧浓度升高使不同树种的整树耗水量和臭氧吸收速率(FO3)均减小;在不同臭氧浓度下(NF、NF40和NF80)栾树和银杏的液流密度、整树耗水量和FO3均大于白皮松和侧柏;臭氧浓度升高使植物的液流密度、整树耗水量和FO3显著降低,这在栾树和银杏上表现的更为明显,在臭氧浓度NF40和NF80下,相比于NF的臭氧浓度,栾树和银杏液流密度下降率分别是白皮松和侧柏的1.04和1.03倍,栾树和银杏整树耗水量下降率分别是白皮松和侧柏的1.82和1.56倍,栾树和银杏FO3下降率分别是白皮松和侧柏的1.30和1.04倍。(6)在生长季(5月—10月)不同树种5月液流密度最大,是最小的10月的2.63倍;不同树种生长季液流密度均值变化为栾树(0.00087 g·cm-2·s-1)>白皮松(0.00052 g cm-2·s-1)>银杏(0.00047 g·cm-2.s-1)>侧柏(0.00013 g cm-2·s-1);臭氧浓度日变化范围在15μg·m-3—123.67μg·m-3之间,呈单峰型趋势,臭氧浓度与温度呈正相关(R=0.96);不同树种的臭氧冠层导度(GO3)变化幅度大于FO3,全年不同树种GO3和FO3排序均为银杏>栾树>侧柏>白皮松;不同树种全年FO3均值为6.42±1.23 nmol·m-2·s-1,GO3均值为9.10±2.14 mmol·m-2·s-1,栾树和银杏的GO3和FO3均大于白皮松和侧柏;VPD和Ta与臭氧浓度呈正相关关系(R分别为0.95和0.86);GO3随着VPD和Ta增大而减小,FO3随着VPD和Ta增大而增大,不同树种GO3和FO3受VPD和Ta的影响有差异,表现为栾树>银杏>侧柏>白皮松。(7)栾树和银杏对臭氧浓度升高更敏感,白皮松和侧柏对臭氧浓度升高的敏感性较弱;随着臭氧浓度升高,白皮松和侧柏的光合生理特性、气孔特征、耗水量和臭氧吸收率的降低率均小于栾树和银杏,说明针叶树的抗臭氧污染能力强于阔叶树。因此,在城市臭氧污染严重的环境下,可选择白皮松、侧柏等针叶树,阔叶树种中应选择抗臭氧能力较强的树种。