亚热带典型森林生态系统对林火颗粒物的净化机理及临界负荷研究

The frequency and scale of forest fire have been gradually increasing in the sub-tropical region of China in recent years due to the climate change and intensified human activities. The haze, smog and particulate matters from forest fire cause significant impact on the ecosystem and environment. Nowadays, the study on the particulate matters of forestfire has become a forefront of forest fire ecology. On the one hand, the particulate matters can be absorbed and purified by forest ecosystem, however, on the other hand, the particulate matters can also influence the forest ecosystem according to the physicochemical properties, and the influence increases along with the increase of the concentration of particulate matters and will reach the critical load. So far, there are very few studies and publications on the absorption and purification mechanism of forest ecological system on forest fire particles and the critical load. Therefore, this research investigates the effect of particulate matter on plant physiology, metabolism process, soil physicochemical properties, and microbial community function based on subtropical forest ecosystem (Cunninghamia lanceolata,Pinus massoniana,Schima superba) will be critical to fill this important gap. The use of simulation and field-burning experiment will reveal the absorption and purification mechanism of forest ecological system on fire particulate matters and establish the models of critical load based on the quantitative simulation experiment. The study will contribute to the understanding the mechanisms of forest purification process, the influence of forest fire one ecosystem and the estimation of net emission of particulate matters from forest fire.

随着气候变暖和人类活动加剧，近年来我国亚热带地区林火的频率和面积正在不断增大。林火释放大量烟气颗粒物对生态环境产生重要影响，当前关于林火释放颗粒物的研究已成为林火生态学的一个前沿领域。林火释放颗粒物被森林生态系统吸附净化，同时颗粒物的理化特性也对森林生态系统产生重要影响，这种影响随着颗粒物浓度的增大可以使生态系统达到临界负荷。然而，目前国内外关于森林生态系统对林火颗粒物的净化机制及临界负荷研究还鲜有报道。鉴于此，本项目以亚热带典型森林类型（杉木、马尾松、木荷）为研究对象，基于自主设计的模拟实验装置和野外点烧实验分析颗粒物理化特性对植物生理、代谢过程及土壤理化性质和微生物群落功能的影响进而揭示森林系统对林火颗粒物的净化机理，同时基于定量模拟试验建立森林系统净化颗粒物的临界负荷模型。本研究对于了解森林对林火颗粒物的净化机制、探讨林火对森林系统影响以及估算林火颗粒物的净排放量具有重要意义。

随着气候变暖和人类活动加剧，近年来我国森林火灾的频率和面积正在不断增加。林火释放大量烟气颗粒物可以被森林生态系统吸附净化，同时也对生态系统功能产生重要影响。然而，目前国内外关于森林生态系统对林火颗粒物的净化及响应机制研究还鲜有报道。本项目以亚热带典型森林类型（杉木、马尾松、木荷）为主要研究对象（部分研究扩展到我国其他典型森林生态系统），基于自主设计的模拟装置和野外实验重点做了以下四方面研究：①森林可燃物燃烧释放烟气颗粒物的理化特性。②森林可燃物燃烧释放污染物的时空动态变化及林火驱动因子。③亚热带典型乔木树种、土壤对林火烟气颗粒物的响应机制。④亚热带森林生态系统对林火烟气颗粒物的吸收机制及净化潜力。 .研究获得了以下几方面重要结果：①揭示了不同树种不同燃烧状态和含水率条件下释放烟气颗粒物的理化特性及差异产生机制。深入揭示了森林可燃物燃烧释放颗粒物（PM2.5）的元素组成、水溶性离子含量和有机成分，也探讨了可燃物自身化学性质对林火颗粒物成分的影响。②估算了我国草地火和亚热带地区林火排放污染物时空格局、动态变化及未来林火污染物排放浓度的时空分布潜势。深入揭示了我国不同森林生态系统林火发生的驱动因子，并提出了林火预测最优模型。③揭示了林火烟气胁迫下植物的生理响应机理（生理代谢）和BVOCs及内源激素变化机制。揭示了林火烟气颗粒物沉降后森林土壤生物活性，研究了不同林火烟气沉降后森林土壤微生物种群群落的变化特征。④研究表明了林火烟气处理时间和处理浓度对乔木叶片表面不同粒径颗粒物滞纳量具有显著影响，且不同粒径颗粒物质量增长趋势有区别。乔木叶片蜡质层不同粒径颗粒物滞纳量均随时间的增长及烟气处理浓度增加而增加。叶片表面不同粒径颗粒物滞纳量和蜡质层颗粒物滞纳量具有良好的正相关关系。.本研究对于了解森林对林火颗粒物的净化机制、探讨林火对森林系统影响以及估算林火颗粒物的净排放量具有重要意义。