基于树干液流的城市林木冠层对臭氧的吸收特征

Surface ozone pollution is one of the environmental crisis that the mankind is facing increasingly serious and urgent need to solve. The research use to the main landscape greening tree species Pinus abulaeformis and Ginkgo biloba as the research object in Beijing, according to the theoretical basis that the forest of ozone uptake and transpiration through the stomata coupling, the contrast analysis of sap flow method and the common UFEM (Urban Forest Effects Model) and Martin Model were calculate the difference of ozone absorption rate, illustrate the effectiveness and accuracy of the sap flow technology; Set up 3 different concentrations of ozone (free ozone, normal ozone and high concentration ozone) open top box gas cabinets , different ozone concentration that forest absorb ozone test is artificial controlled, analysis of forest whole tree ozone uptake rate (FO3) of variation range and time for different ozone concentration, to confirm the relationship between ozone concentration and tree transpiration and ozone absorption; at the same time, and combination change characteristic of forest canopy stomatal conductance (Gc), to explore the relationship between forest absorption ozone and the environment, a clear understanding of how the ozone concentration influenced forest transpiration changes. The results can provide a scientific basis to improve the city's air quality.

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。本项目以北京主要园林绿化树种油松（Pinus abulaeformis）和银杏（Ginkgo biloba）为研究对象，根据林木吸收臭氧和蒸腾作用通过气孔耦合的理论基础，对比分析采用树干液流方法与常见的UFEM（Urban Forest Effects Model）和Martin模型法计算臭氧吸收速率差异，阐明树干液流技术计算冠层臭氧吸收的准确性；设置3个不同臭氧浓度（无臭氧、正常臭氧和高浓度臭氧）的开顶箱气体室，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，探讨林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。其结果可为提高城市空气质量提供科学依据。

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。本项目以白皮松（Pinus bungeana）、侧柏（Platycladus orientalis）、栾树（Koelreuteria paniculata）和银杏（Ginkgo biloba）为研究对象，根据林木吸收臭氧和蒸腾作用通过气孔耦合的理论基础，对比分析采用树干液流方法与常见的UFEM（Urban Forest Effects Model）计算臭氧吸收速率差异，阐明树干液流技术计算冠层臭氧吸收的准确性；设置3个不同臭氧浓度（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）的开顶箱气体室，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，证实臭氧浓度的高低与树木蒸腾和臭氧吸收的关系；结合林木冠层气孔导度（Gc）的变化特征，探讨林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；并测定各树木生长和生理指标，阐释树木生理和生长指标对臭氧浓度升高的响应。结果表明：将小气候、环境空气中臭氧浓度数据和树干液流量测量与林分特征数据相结合，估算整个冠层臭氧吸收量，结果相比于UFEM模型计算臭氧吸收量更具准确性；不同树种液流密度月变化、日变化、整树耗水量和臭氧吸收速率（FO3）均随着臭氧浓度升高而降低，不同树种的臭氧冠层导度（GO3）变化幅度大于FO3，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；不同树种在臭氧浓度升高时均出现抑制树木生长的现象，叶片出现枯黄和死亡；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，白皮松和侧柏的生长特性、光合生理特性、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。研究结果可为提高城市空气质量和抗臭氧能力强的树种选择提供科学依据。