生态中央植物源挥发性有机化合物应对大气臭氧

日期:2019-07-11编辑作者:ca88手机版登录

气孔导度是衡量植物和大气间水分、能量及CO2平衡和循环的重要指标。近日,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所科研人员在植物气孔导度的环境响应模拟及其尺度扩展研究中获得进展。研究成果发表于《生态学报》。

中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室冯兆忠研究组在环境臭氧胁迫对植物源挥发性有机化合物影响方面再次取得重要进展。该项成果近期在线发表于国际植物生态领域刊物Plant, Cell and Environmentca88手机版会员登录, (2017, doi: 10.1111/pce.13007)。

中国科学院生态环境研究中心、瑞典哥德堡大学与英国约克大学的科学家们开展合作研究,在木本植物的臭氧敏感性差异机制研究方面取得突破。研究系列成果发表在Global Change BiologyTree Physiology上。

该课题组科研人员从叶片和冠层两个尺度出发,在总结分析现有相关成果基础上,发现由于植物的遗传特性、测定环境、时间尺度等因素的差异以及未考虑各个环境因子的相互作用对气孔导度的影响时,气孔导度与环境因子的相互关系并未一致。对各单一环境因子与气孔导度的关系给出了生理学解释。并从根本上阐释了环境因子变化对气孔导度的影响。同时,提出了今后气孔导度的研究重点并给出了可行性方案。

目前,地表O3­浓度升高是全球普遍面临的主要大气问题。中国环保部自2015年就报道O3是中国大部分地区的夏季主要污染物,尤其是在“京津冀”、“长江三角洲”、“珠江三角洲”等地区。高浓度的地表O3不仅影响人体健康,还严重影响植物生态系统服务功能。研究显示,植物体内通过次生代谢合成的BVOCs尤其是主要成分异戊二烯与大气环境存在复杂的相互作用。一方面,大气环境变化影响植物Isoprene释放;另一方面Isoprene是近地层O3­和二次气溶胶的重要前体物。如何准确预测大气O­3浓度升高对区域及全球尺度植物释放Isoprene总量的影响及其对大气O3污染形势的贡献,已成为当今学者亟待解决的重要科学问题。

近地层臭氧在全球尺度上被认为是一种对植被具有强氧化毒害作用的空气污染物,对陆地生态系统碳汇和生态服务功能产生显著的负面影响。由于植被的臭氧敏感性具有种间特异性,并且控制这种变异性的关键因子目前尚未明确,使得大尺度评估臭氧对植被的风险成为挑战。

该项研究对于更好地认识植被与大气间的水热运移过程,合理评价植被在陆面过程中的地位和作用具有重要意义。

冯兆忠研究组利用开顶气室模拟未来地表O3浓度梯度升高情景,采用“固相吸附-热脱附-气相色谱/质谱”测定方法,探究了杨树Isoprene释放与不同O3浓度梯度的剂量响应关系,取得重要新进展:尽管剂量响应关系存在着品种间差异,但无论是叶片尺度还是整株尺度,杨树Isoprene的释放速率与基于O3浓度暴露积累量的O3评估指标及气孔导度吸收量的O3评估指标都存在显著负相关性。充分灌溉条件下,基于AOT40及PODY两种不同评估指标的O3-Isoprene剂量响应关系一致。但是考虑O3对不同品种杨树Isoprene释放的相对影响,基于气孔导度吸收量的评估方法更能反映生长在不同环境中的杨树因O3浓度变化而引起的Isoprene释放总量响应。在区域甚至全球BVOCs总量评估中,为简化模型及计算的复杂性,并考虑实际操作的可行性,作者推荐POD7为区域尺度下大气O3影响植物Isoprene释放总量的评价指标。

冯兆忠研究组首先通过开顶箱控制实验研究了二十余种落叶树种和常绿树种的气孔导度、抗氧化能力、叶片形态和解剖结构等生理生化指标,发现叶片属性比叶重可以用来评价所研究树种的臭氧敏感性差异,即比叶重越大的树种,对臭氧的抗性越强。同时,结合全球已发表的数据进行整合分析,发现叶片水平的臭氧敏感性与比叶重显著负相关;个体尺度的生物量降低与单位质量的气孔臭氧通量的相关性远大于其与目前广为使用的单位面积的气孔臭氧通量的相关性,从而证实木本植物的种间臭氧敏感性差异与叶片比叶重大小直接相关。另外,阔叶树和针叶树的生物量降低与单位质量的气孔臭氧通量响应关系趋于一致,为大尺度臭氧生态风险评估提供了重要量化依据。

该研究课题受到国家自然科学基金项目、国家自然科学基金青年科学基金项目、中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室(90Y290F41)共同资助。

本研究结果将小尺度的实验研究上升到区域尺度的评估预测,为进一步评估当前及未来全球环境变化对植物VOCs释放量的影响及优化全球尺度BVOCs释放总量模型提供量化参数和科学依据。

研究得到中科院前沿科学重点研究项目、中科院“百人计划”项目和国家基金委项目的资助。

文章第一作者为博士研究生袁相洋,通讯作者为冯兆忠。该研究得到了中科院“百人计划”项目,国家重点研发计划(2017YFC0210106)、中科院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-DQC019)及中科院 “国际人才计划”项目的资助。

论文链接:1 2

论文链接

本文由ca88手机版会员登录发布于ca88手机版登录,转载请注明出处:生态中央植物源挥发性有机化合物应对大气臭氧

关键词:

北京生科院开采防止果蝇髓质神经元去差异学工

4月11日,国际学术期刊 Development 发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所张雷研究组关于...

详细>>

光电技巧商讨所在光导纤维激光的连带组束和传

日前,中国科学院光电技术研究所自适应光学重点实验室李新阳、耿超课题组在相干偏振合成技术研究中取得新进展...

详细>>

量子卫星成功实现洲际量子密钥分发

中国科学技术大学教学潘建伟及其同事彭承志等结合的商讨协会,联合中科院新加坡技物所王建宇商讨组、中国科高...

详细>>

Adelaide生物研讨所等通知中生代传粉昆虫丽蛉生态

昆虫传粉促进了植物的生殖和不一样,在当代陆地生态系统中最首要。但鉴于化石材料的缺乏,大家对被子植物时代...

详细>>