大气臭氧浓度升高对绿化植物与大气间BVOCs交换的影响

Biogenic volatile organic compounds (BVOCs) emission from the plants has a significant contribution to the formation of ozone and secondary organic aerosols. Many investigates indicate that the elevated atmospheric ozone concentrations obvious influence the photosynthesis of plant, which also inevitably influence the BVOCs emission as the by-products of the plant photosynthesis. However, limited study has been focused on the influence of ozone on the BVOCs emissions are relatively weak. The global atmospheric ozone concentration near the ground has a trend of increase. The most areas in our country are facing severe O3 pollution. What about the effect of the elevated ozone on BVOCs emissions? Is promotion or suppression? These key scientific issues need to be revealed through scientific research. Therefore, we will study the exchange fluxes for the BVOCs between the green plants and the atmosphere through a double-dynamic chamber technique under the different atmospheric ozone concentrations levels. We will investigate the relationships between the BVOCs exchange fluxes and the concentration of ozone in different light and temperature conditions. The project will provide important scientific basis for reveal the feedback mechanism of plants to the elevated atmospheric ozone concentration, and provide theoretical parameters for atmospheric simulation model.

植物挥发性有机物（BVOCs）的排放对大气臭氧和二次有机气溶胶的形成具有显著贡献。大量研究已表明大气臭氧浓度升高对植物的光合作用等具有明显影响，这势必对植物光合作用的副产物BVOCs排放产生影响，但臭氧对植物BVOCs排放影响的研究相对薄弱。全球近地面大气中臭氧的浓度呈增加趋势，我国广大地区正面临着严重的臭氧污染，这种大气臭氧浓度的升高对植物BVOCs排放有何影响？是促进或是抑制？这些关键科学问题亟待科学研究进行揭示。为此，本申请项目拟选择北京市的几种典型绿化植物为研究对象，利用双动态箱的方法模拟研究不同臭氧污染水平下植物与大气间BVOCs的交换通量，探究在不同光照强度和温度条件下BVOCs交换通量与臭氧浓度的定量关系。该申请项目的实施可为揭示植物对大气臭氧浓度升高的反馈机制提供重要科学依据，为空气模式模拟研究提供理论参数，具有重要的科学意义。

近年来北京大气中臭氧浓度具有明显的上升趋势，臭氧浓度的升高必然影响植物的光合作用进而影响植物排放的臭氧关键前体物挥发性有机物。研制了以开顶式气室为主的可调节开顶式熏蒸系统，建立了离线的VOCs采样和分析方法，以扦插育苗的杨树和两年生法桐树幼苗为研究对象，研究了不同臭氧浓度（升高O3浓度80 ppb、正常大气O3浓度和降低大气O3浓度至小于10 ppb）下杨树和法桐树排放的挥发性有机物的变化特征，结果表明，杨树和法桐树排放的挥发性有机物主要是异戊二烯，占总VOCs的90%以上；随着臭氧浓度的升高杨树排放异戊二烯浓度明显降低，增加环境浓度80 ppb的臭氧导致异戊二烯的排放降低5 ppb；法桐树对臭氧熏蒸存在明显的短期效应和长期效应。分析了影响异戊二烯排放的主要因素：法桐树排放异戊二烯的速率随光照强度增加而增加，存在饱和点1100 umol·m-2·s-1。法桐树排放异戊二烯的速率随温度升高而增大，当温度达到45℃时法桐树异戊二烯排放速率达到最大值，随后明显下降。臭氧浓度升高显著提高了法桐叶片的光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度，分别提高了17%、38%和9%。长期臭氧熏蒸造成法桐气孔变大。这些研究成果揭示植物对大气臭氧浓度升高的反馈机制提供重要科学依据，为空气模式模拟研究提供理论参数，具有重要的科学意义。