基于樹干液流技術(shù)對楊樹冠層吸收臭氧特征的分析1)

陳波 魯紹偉 李少寧

(北京市農(nóng)林科學(xué)院林業(yè)果樹研究所，北京，100093)

全球城市化的加速造成了嚴(yán)重的空氣污染［1］，由于大范圍的建設(shè)和機(jī)動(dòng)汽車數(shù)量的增加，北京市臭氧污染問題非常嚴(yán)重［2］。對流層空氣中的臭氧是一種全球范圍內(nèi)的二次污染物，影響植被和人類健康，降低大氣可見度［3］。林木是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在吸收臭氧、改善微氣候、凈化空氣、美化環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用［4］25。不同林木吸收臭氧速率差別較大，Nowak等［4］26-28對美國14個(gè)城市森林冠層去除臭氧速率進(jìn)行研究，得出其變化范圍為 3.82～2.10 g·m-2，北京市森林冠層去除臭氧速率為 5.50 g·m-2［5］;Manes 等［6］對不同樹種搭配(常綠樹種vs落葉樹種、闊葉樹種vs針葉樹種)的樹種吸收臭氧速率進(jìn)行了研究，結(jié)果表明差異較大;此外，還有學(xué)者對落葉樹種與常綠樹種的單位冠層投影面積吸收臭氧速率差異的顯著程度進(jìn)行了研究［7-9］。這些研究結(jié)果對于改善空氣質(zhì)量具有極大的促進(jìn)作用。值得注意的是，林木吸收臭氧的研究目前主要集中在林木吸收臭氧速率方面。林木吸收臭氧格局對群落吸收臭氧功能影響顯著，因此被認(rèn)為是林木吸收臭氧的一個(gè)復(fù)雜、重要方面，同時(shí)圍繞日變化、季節(jié)變化、年際變化格局等方面開展了大量研究［10-11］。

在一定的外界臭氧質(zhì)量濃度下，氣孔導(dǎo)度是整樹吸收臭氧的關(guān)鍵限制因子，進(jìn)而受微氣候、冠層位置、樹齡及海拔等因素的影響［12-14］。目前，從林木吸收臭氧效率的角度探討林木吸收臭氧功能和城市林木吸收臭氧的環(huán)境影響機(jī)制研究較少?，F(xiàn)有的大部分研究主要集中在挪威云杉(Picea abies)、瑞士五葉松(Pinus cembra)、歐洲山毛櫸(Fagus sylvatica)、歐洲落葉松(Larix decidua)等樹種天然林吸收臭氧的影響機(jī)制［15-16］。在冠層尺度上城市樹木吸收臭氧特征也少有研究，僅見王華等［17］基于樹干液流技術(shù)，結(jié)合天氣變化和大氣臭氧質(zhì)量濃度分析，研究夏秋季刺槐(Robinia pseudoacacia)整樹冠層吸收臭氧特征及環(huán)境影響因素。本研究以北京市楊樹人工林為研究對象，采用樹干液流技術(shù)及環(huán)境監(jiān)測相結(jié)合的方法，從速率、效率及環(huán)境因子三個(gè)方面揭示楊樹整樹吸收臭氧功能變化的關(guān)系，研究結(jié)果可為樹木吸收臭氧功能、空氣質(zhì)量提高及城市林木管理提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)，也對楊樹人工林的撫育、生態(tài)服務(wù)功能的發(fā)揮以及生態(tài)環(huán)境的改善具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 研究地概況

研究地位于北京市大興區(qū)榆伐鎮(zhèn)大興林場，海拔30 m左右。屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候。年均溫11.5℃，一年中最熱月是7月，平均氣溫26℃，最高氣溫達(dá)40.6℃，最冷月是1月份，平均氣溫-5.1℃，最低氣溫可達(dá)-27.4℃?！?0的積溫4 143℃，年均無霜期204 d，年均降水量568.9 mm，年內(nèi)的雨量分布極不均勻，7—9月份降水占全年降水的60%～70%，土壤為沙土。光照時(shí)間較長，全年光照時(shí)間達(dá)2 769.3 h，光照率達(dá)63%，全年太陽輻射量 561 kJ·cm-2。該區(qū)的風(fēng)向以北風(fēng)、西北風(fēng)為主，冬、春兩季風(fēng)多、風(fēng)速大。人工林內(nèi)樹種主要是107歐美楊(Populus×euramericana“74/76”)，其中，75%為 2002年種植，其余為1998年、2001年和2003年種植。混交樹種有刺槐(Robinia pseudoacacia)。林分均勻整齊，林下主要為當(dāng)年生草本植物，主要有紫花苜蓿(Medicago sativa)、黃香草木樨(Melilotus officinalis)、豬毛菜(Salsola collina)、尖頭葉藜(Chenopodium acuminatum)、灰菜(Chenopodium album)、蒺藜(Tribulus terrestris)、附地菜(Trigonotis peduncularis)等［18-19］。

2 材料與方法

2.1 楊樹標(biāo)準(zhǔn)木特征

在樣地選擇標(biāo)準(zhǔn)木4株，其特征見表1。

表1 研究區(qū)楊樹標(biāo)準(zhǔn)木特征

2.2 液流密度的測定

樹干邊材液流用熱擴(kuò)散式邊材液流探針TDP測定。選取待測樣木，在樹干的東、西兩個(gè)方位胸高處(1.3 m)鉆孔。兩孔盡量保持平行，并與樹干保持垂直。將TDP探針小心插入鉆孔中(含有紅色導(dǎo)線的探針在上，2線探針為環(huán)境探針在下)。探針與樹皮接觸處用噴劑式泡沫封住以免雨水接觸探針，造成測量不準(zhǔn)。為了防止太陽輻射對探頭的影響，在安裝好探頭的外層包上3層鋁箔。通過測量這兩個(gè)固定距離的探針的溫度之差(每30 s測讀1次，每10 min 進(jìn)行平均并儲(chǔ)存數(shù)據(jù))［20］，用 Granier［21］經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算樹干液流［22］:

式中:Js為液流密度;dTm為分析日24 h內(nèi)上下探針的最大溫差值;dT為某時(shí)刻瞬時(shí)溫差值，即當(dāng)時(shí)測定的溫差值。

2.3 臭氧質(zhì)量濃度測定

在大興林場液流監(jiān)測場附近設(shè)有大氣臭氧觀測站，該站點(diǎn)每小時(shí)記錄一次臭氧質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)。

2.4 環(huán)境因子測定

實(shí)驗(yàn)林內(nèi)設(shè)有美國HOBO自動(dòng)氣象站，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣溫度、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向、光合有效輻射、總輻射、不同深度土壤溫度和土壤含水量、降雨量等氣象要素參數(shù)，所有傳感器均與數(shù)據(jù)采集器相連。設(shè)定數(shù)據(jù)采集間隔為10 min。

2.5 邊材面積確定

測定5棵試驗(yàn)樹，為避免對研究對象的傷害，選取樣地中與研究對象大小最接近的楊樹(胸徑差別在0.5 cm以內(nèi))，以生長錐取木芯，直尺測定邊材厚度，同時(shí)測定其胸徑和邊材面積，分析二者關(guān)系(圖1)，得到的邊材面積作為試驗(yàn)樹的邊材面積。結(jié)果表明，胸徑和邊材面積之間存在著高度相關(guān)的關(guān)系，可以用三次曲線較好地表示，其決定系數(shù)達(dá)到顯著水平(R2=0.957 8，p＜0.0001)。

式中:y為邊材面積;x為胸徑。

圖1 胸徑與邊材面積的關(guān)系

2.6 空氣水汽壓虧缺計(jì)算

為了綜合反映溫度和空氣相對濕度對樹木蒸騰的協(xié)同效應(yīng)，采用水汽壓虧缺這一指標(biāo)，空氣水汽壓虧缺(D)是衡量植物蒸騰高低的重要因子，VPD在較低的范圍內(nèi)，氣孔導(dǎo)度會(huì)隨D上升而增大，引起單位葉面積蒸騰(E)逐漸升高至最大值;如果VPD繼續(xù)上升，氣孔導(dǎo)度會(huì)呈指數(shù)降低，蒸騰出現(xiàn)下降;如果VPD明顯增高，氣孔會(huì)部分關(guān)閉［23］。通過以下公式計(jì)算求出:

式中:常數(shù) a、b、c 分別為 0.611 kPa、17.502、240.97℃［24］;Ta為大氣溫度;RH為空氣濕度。

2.7 冠層蒸騰速率計(jì)算

植物冠層在一定時(shí)間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量Ec=Js×(As/AG)［25］。式中:Ec為單棵樣樹的冠層蒸騰速率;Js為樣樹液流密度值;As為樣樹邊材面積;AG為樣樹冠層的地面投影面積。

2.8 冠層導(dǎo)度計(jì)算

冠層導(dǎo)度是植物冠層與大氣之間的二氧化碳、水蒸氣或熱量的傳導(dǎo)度，計(jì)算公式為:

式中:Ec是冠層蒸騰速率;ρ是水的密度;Gv是水蒸氣的通用氣體常數(shù);Ta是大氣溫度;Gc整樹冠層導(dǎo)度;D是大氣水汽壓虧缺［26］。

2.9 臭氧吸收速率計(jì)算

式中:FO3為冠層臭氧吸收速率;［O3］是外界大氣中的臭氧質(zhì)量濃度;Gc是冠層導(dǎo)度;0.613是轉(zhuǎn)換系數(shù)，代表了空氣中臭氧和水蒸氣擴(kuò)散系數(shù)比［27］。

2.10 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SPSS 16.0軟件，對楊樹液流密度、大氣水汽壓虧缺、冠層導(dǎo)度和臭氧吸收速率進(jìn)行計(jì)算并繪圖分析，用曲線擬合楊樹邊材面積。

3 結(jié)果與分析

3.1 液流密度

圖2為楊樹不同樣株5、6、7月份的液流密度月變化(圖2A-D)、日變化(圖2E-H)以及不同方位的液流密度變化值(圖2I-L)。

圖2 楊樹不同樣株液流密度月變化、日變化和方位變化

圖2中日變化為2013年5月15日的測定值，不同方位變化為2013年5月11日的測定值。從月變化來看，5月最大，6月相對較低，樹1變化比較平穩(wěn)，樹3最小，樹4的液流密度值最大。從不同方位來看，樹3是在10:00以后為西側(cè)液流密度值大于東側(cè)，其它樣樹均是東側(cè)大于西側(cè)，但總體來看，東側(cè)的液流密度值大于西側(cè)，如圖2L，在西側(cè)液流密度最大值僅為 0.000 78 g·cm-2·s-1，而在東側(cè)為0.001 72 g·cm-2·s-1，兩者相差了 2.2 倍。說明東側(cè)蒸騰大于西側(cè)，這與東側(cè)接收太陽直射較多有關(guān)。

3.2 臭氧質(zhì)量濃度

大氣中的臭氧質(zhì)量濃度日均值表現(xiàn)出明顯的時(shí)間變化，從5、6、7三個(gè)月份來看，最高質(zhì)量濃度達(dá)到了 342.65 μg·m-3，5 月份臭氧質(zhì)量濃度最大，7 月份最低(圖3)。5月份時(shí)最高質(zhì)量濃度月均值達(dá)到了(256.33±55.96)μg·m-3，7 月份為(202.67±36.94)μg·m-3。臭氧質(zhì)量濃度與溫度的高低成正比，溫度越高時(shí)其對應(yīng)的臭氧質(zhì)量濃度值也越高。如圖4所示，當(dāng)臭氧質(zhì)量濃度為最低的 25.50 μg·m-3時(shí)，其對應(yīng)的溫度也為較低值，為21℃，當(dāng)溫度為最低的20.67 ℃時(shí)，其對應(yīng)的臭氧質(zhì)量濃度僅為 26.00 μg·m-3;當(dāng)臭氧質(zhì)量濃度為最大的 175.00 μg·m-3時(shí)，其對應(yīng)的溫度為27℃，為一天中的最高溫度。由此可知，溫度是影響臭氧質(zhì)量濃度高低的主要因素。因此，在溫度過高時(shí)為防止臭氧質(zhì)量濃度過高對樹木造成危害，高溫時(shí)段樹木要關(guān)閉氣孔，減少蒸騰，這或許也是樹木對環(huán)境的一種響應(yīng)或適應(yīng)。

圖3 臭氧質(zhì)量濃度月變化

圖4 臭氧質(zhì)量濃度日變化

3.3 臭氧吸收

圖5顯示了4株楊樹月均冠層對臭氧的導(dǎo)度(GO3)和整樹臭氧吸收速率(FO3)。GO3和FO3呈現(xiàn)相同的變化趨勢，最大值均出現(xiàn)在5月份，分別為996.06 和 610.59 nmol·m-2·s-1;從時(shí)間變化來看均為5月份＞6月份＞7月份;FO3由高到低依次為樹1(126.45 nmol·m-2·s-1)、樹 4(103.34 nmol·m-2·s-1)、樹 2(58.52 nmol·m-2·s-1)、樹 3(24.57 nmol·m-2·s-1);GO3由高到低依次為樹 1(206.28 mmol·m-2·s-1)、樹 4(168.59 mmol·m-2·s-1)、樹 2(95.46 mmol·m-2·s-1)、樹 3(40.08 mmol·m-2·s-1)。4株樣樹 GO3均值為(127.60±64.35)mmol·m-2·s-1，F(xiàn)O3均值為(78.22±39.45)nmol·m-2·s-1。

3.4 臭氧吸收對環(huán)境因子的響應(yīng)

臭氧吸收是由冠層導(dǎo)度和外界臭氧質(zhì)量濃度的相互作用決定的［7］。這導(dǎo)致了FO3的變化格局與外界臭氧質(zhì)量濃度的變化格局接近，以2013年6月的月均值分析臭氧吸收對環(huán)境因子的響應(yīng)(圖6)。在一定的外界臭氧質(zhì)量濃度下，冠層對GO3有效的調(diào)控了FO3，進(jìn)而受水汽壓虧缺(D)和太陽總輻射(Rs)的影響。對于研究的楊樹GO3對D和Rs的響應(yīng)方式相似，但是不同的楊樹樣株的GO3大小差別較大(圖6B，C)。

空氣水汽壓虧缺(D)和風(fēng)速與臭氧質(zhì)量濃度呈正比關(guān)系，當(dāng)D達(dá)最大值2.52 kPa時(shí)，臭氧質(zhì)量濃度也達(dá)到最大值，為 225.46 μg·m-3，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到最大的3.30 m·s-1時(shí)，臭氧質(zhì)量濃度最大，為 342.45 μg·m-3，而太陽總輻射(Rs)為 28 W·m-2時(shí)，臭氧質(zhì)量濃度開始下降。

GO3和FO3均隨著 D、Rs和風(fēng)速增大而增大(圖6B、C、E、F、H、I)，由圖6可知，樹1 表現(xiàn)的較為弱一些，樹2至樹4均較強(qiáng)烈，樹4變化最明顯。水汽壓虧缺在1.52 kPa時(shí)GO3和FO3均出現(xiàn)了不同程度的降低，因此，在不考慮物種的情況下，D對更高的GO3和FO3更敏感，隨著D增加臭氧吸收將減少。同時(shí)Rs在達(dá)到50 W·m-2時(shí)GO3和FO3也有所降低。然而，隨著Rs增加臭氧吸收基本保持不變。

3.5 臭氧質(zhì)量濃度與樹干液流的關(guān)系

從24 h變化來看(圖7)，臭氧質(zhì)量濃度日變化趨勢呈單峰曲線，最高值出現(xiàn)在17:00，其值為333.00 μg·m-3，最小值出現(xiàn)在 07:00，僅為 6 μg·m-3。從07:00開始，臭氧質(zhì)量濃度不斷增大，從17:00開始緩慢下降，在夜間也有一個(gè)微弱的峰值，在0:00，其值為180 μg·m-3。

使用TDP測定樹干液流，由每個(gè)時(shí)刻得到的樹干液流溫度差數(shù)據(jù)計(jì)算液流密度值。如圖7所示，不同楊樹液流密度呈單峰型變化趨勢，不同樣樹日變化均值樹 1 最大，為 0.002 6 g·cm-2·s-1，樹 3 最小，僅為0.000 64 g·cm-2·s-1;從日變化時(shí)間來看，4株樣樹均在06:00液流密度開始上升，10:00—11:00達(dá)到一天中的最大值，樹1在10:00達(dá)最大值，樹2、樹3和樹4均在11:00達(dá)最大值;16:00液流密度開始緩慢下降，在22:00—06:00均處于較低值，在夜晚液流密度較低，樹木蒸騰耗水較少。

圖5 不同樣樹冠層的臭氧導(dǎo)度和臭氧吸收速率

如圖7所示，臭氧質(zhì)量濃度與液流密度的關(guān)系并不是一一對應(yīng)的。當(dāng)樹1、樹2、樹3和樹4分別在 06:00、06:00、02:00、04:00 處于一天的最小值，而臭氧質(zhì)量濃度在07:00最小;當(dāng)樹1在10:00，樹2、樹3和樹4均在11:00達(dá)最大值，而臭氧在17:00最大。當(dāng)臭氧質(zhì)量濃度為最低值時(shí)，液流密度值開始上升;當(dāng)臭氧質(zhì)量濃度值達(dá)最大值時(shí)，液流密度值開始緩慢下降，說明臭氧質(zhì)量濃度大小影響液流速率的變化。

4 討論

4.1 楊樹整樹臭氧吸收

研究發(fā)現(xiàn)基于樹干液流技術(shù)確定樹木年臭氧吸收量明顯小于UFORE模型方法確定的值，這種區(qū)別表明在臭氧風(fēng)險(xiǎn)評估中應(yīng)考慮特定樹種的通量。本研究結(jié)果顯示，楊樹臭氧吸收量為3.75 g·m-2(4個(gè)研究樣樹累計(jì)氣孔臭氧吸收通量均值78.22 mmol·m-2×48 g·mol-1/1 000=3.75 g·m-2)，這比模型得到的結(jié)果低很多［28，5］。Nowak 等［4］29采用城市影響模型，并結(jié)合野外觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)美國幾個(gè)城市樹冠污染物年去除量均值為9.3 g·m-2，變化范圍為6.6～12.0 g·m-2。臭氧在去除污染物中的比例為31.8%［4］29-33。因此，樹木對臭氧的去除速率為 2.96 g·m-2(9.3 g·m-2×31.8%=2.96 g·m-2)。采用相同的模型，按照Yang等［5］指出的北京城市森林污染物去除量(27.5 g·m-2)，臭氧在去除污染物中的比例為20%，可得出楊樹對臭氧的吸收速率為5.50 g·m-2。由此可知，本研究野外觀測的結(jié)果與模型方法的結(jié)果有巨大的差異，分析原因主要為:第一，樹干液流測定的數(shù)據(jù)僅確定了進(jìn)入葉片的臭氧通量，而模型的方法計(jì)算了總的干沉降(包括了氣孔的吸收和樹木外部非蒸騰表面的吸附);第二，兩種方法的應(yīng)用尺度不同，樹干液流技術(shù)的臭氧吸收是基于冠層尺度，模型的方法是樹木臭氧吸收或者去除通常是區(qū)域或者城市尺度，而且假定外界臭氧質(zhì)量濃度均勻［5］;第三，葉面積指數(shù)不同，在 UFORE模型中用于計(jì)算冠層氣孔阻力的葉面積指數(shù)是4.30［3］，而本研究的指數(shù)值是 3.26，顯然該值比本研究的值高許多;第四，液流測量僅僅估計(jì)臭氧通量的葉片水平，建模方法計(jì)算總的干沉積，包括氣孔臭氧的吸收和吸附的非蒸發(fā)外樹的表面，這可能會(huì)導(dǎo)致更高的臭氧去除;第五，計(jì)算的空氣動(dòng)力學(xué)UFORE模型包含了沉積速度，準(zhǔn)層流邊界層和冠層阻力［29］，但在本研究中，只計(jì)算冠層阻力。總之，這種差異表明在臭氧風(fēng)險(xiǎn)評估中考慮物種特異通量是必要的。

圖6 臭氧質(zhì)量濃度、冠層臭氧導(dǎo)度、臭氧吸收速率與水汽壓虧缺、太陽總輻射和風(fēng)速間的關(guān)系

4.2 楊樹臭氧吸收的環(huán)境調(diào)控

由于林木吸收臭氧和蒸騰通過氣孔行為耦合，林木水分利用分配格局的改變會(huì)導(dǎo)致其吸收臭氧格局改變。研究表明，林木夜間液流占全天總液流的比例通常為7%～10%［30］，干旱沙漠植被兩者的比例則高達(dá)30%～60%［31］。由此推斷，城市林木水分利用分配格局亦不同。因此，城市環(huán)境下林木吸收臭氧格局可能改變:城市林木夜間吸收臭氧量占全天吸收臭氧總量的比例可能較高，從而導(dǎo)致林木受臭氧傷害風(fēng)險(xiǎn)增加。林木吸收臭氧特征主要取決于大氣臭氧質(zhì)量濃度和氣孔導(dǎo)度［27］。

楊樹臭氧吸收的變化是由于外界臭氧質(zhì)量濃度和冠層導(dǎo)度的變化而引起的，在本研究地點(diǎn)，不同月份(5、6、7月份)臭氧質(zhì)量濃度差異顯著。這導(dǎo)致了楊樹臭氧吸收速率和冠層對臭氧的導(dǎo)度與外界大氣臭氧質(zhì)量濃度有相近的變化格局。

調(diào)控楊樹整樹臭氧吸收的氣孔開放程度主要受水汽壓虧缺和輻射的影響，而氣孔是限制整樹臭氧吸收的關(guān)鍵因子［12，14］。楊樹臭氧吸收量高是由于以下原因造成的。首先，在較低的水汽壓虧缺條件下，氣孔開放允許較高的臭氧進(jìn)入葉片，即使在很低的外界臭氧質(zhì)量濃度條件下。其次，低輻射條件下高的氣孔導(dǎo)度加快了臭氧吸收，意味著城市中夜間、凌晨或者陰雨天氣孔保持部分張開。大量的相關(guān)研究表明，一些物種的氣孔夜間并不完全關(guān)閉，允許夜間蒸騰的進(jìn)行。夏季較高的空氣溫度和較低的空氣濕度都可能促使氣孔在夜間開放。最后，研究階段較高的土壤水分可利用性促進(jìn)了臭氧吸收，對幼苗和枝條的試驗(yàn)證實(shí)了干旱脅迫下植物通過調(diào)控氣孔的開放以避免臭氧的危害［32］。然而，在研究時(shí)段的5、6、7三個(gè)月份北京有大量的降水事件發(fā)生，楊樹得到了及時(shí)的灌溉，土壤水分含量沒有限制氣孔的開放。

圖7 臭氧質(zhì)量濃度與液流密度的關(guān)系

4.3 楊樹冠層臭氧與樹干液流關(guān)系

Matyssek等［10］通過研究夜間林木通過氣孔途徑吸收臭氧，指出臭氧對樹木造成較大傷害，因而建議評價(jià)臭氧引起林木傷害的指標(biāo)應(yīng)考慮夜間林木吸收臭氧量。林木吸收臭氧季節(jié)變化格局差異性較大，如:北京市典型綠化樹種吸收臭氧速率夏季較高［7］;而 Wieser等［11］對加那利松(P.canariensis)吸收臭氧速率的研究，指出季節(jié)變化不明顯。Matyssek等［10］對林木吸收臭氧的年際格局變化進(jìn)行了研究，指出年際變化格局較大。不同功能型的樹種吸收臭氧格局互補(bǔ)，在不同的氣候條件下維持穩(wěn)定的群落吸收臭氧功能。

臭氧質(zhì)量濃度與不同楊樹樹干液流并不一一對應(yīng)，而是滯后于液流密度的峰值。樹干液流是樹木蒸騰耗水的表征，它與光合有效輻射、溫度和濕度等環(huán)境因子有關(guān)。氣溫與臭氧質(zhì)量濃度呈正相關(guān)，溫度越高，臭氧質(zhì)量濃度也越大，但過高的臭氧質(zhì)量濃度會(huì)抑制光合，從而抑制樹木蒸騰。因此，當(dāng)臭氧質(zhì)量濃度最大的時(shí)候，液流密度開始減小、樹木蒸騰變小;相反，當(dāng)臭氧質(zhì)量濃度最小時(shí)，液流密度開始上升，說明臭氧質(zhì)量濃度的高低影響液流密度的變化。

由TDP得到液流密度，進(jìn)而推導(dǎo)計(jì)算臭氧吸收速率和臭氧冠層導(dǎo)度。結(jié)果顯示，不同月份的樹干液流密度表現(xiàn)為樹1＞樹4＞樹2＞樹3，而臭氧吸收速率也表現(xiàn)為樹1＞樹4＞樹2＞樹3，二者大小排序完全一致。當(dāng)液流密度處于一天的最大值時(shí)，臭氧吸收速率也為一天中的最大值;當(dāng)液流密度最小時(shí)，臭氧吸收速率也處于最小值。楊樹不同樣株樹1、樹2、樹3和樹4均有相同的變化規(guī)律:液流密度增大時(shí)，臭氧吸收速率也隨之增大，液流密度減小時(shí)，臭氧吸收速率也隨之減小，一天中各個(gè)時(shí)刻的值大小均一一對應(yīng)，4株楊樹中樹3表現(xiàn)的最為明顯，樹1表現(xiàn)稍顯弱一些，這與樹1胸徑較小(19.74 cm)、蒸騰較小有關(guān)。說明基于樹干液流技術(shù)得到的液流密度、計(jì)算出冠層氣孔導(dǎo)度，結(jié)合外界的臭氧質(zhì)量濃度，能夠估算不同樹形級(jí)別楊樹的臭氧吸收量，該方法可以適用于衡量不同環(huán)境下植物的臭氧吸收量，液流密度的變化決定了臭氧吸收速率的變化。

4.4 臭氧質(zhì)量濃度超過臨界水平引起樹木的響應(yīng)

相關(guān)研究采用基于暴露濃度和通量的臨界水平(AOT40和AFst1.6)以衡量研究地點(diǎn)臭氧對樹木的潛在影響。本研究采用基于暴露濃度和通量的臨界水平時(shí)，研究地點(diǎn)楊樹受臭氧危險(xiǎn)的潛在風(fēng)險(xiǎn)較高。生長季楊樹 AOT40 為 72.02 mg·m-3·h-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對樹木危害的臭氧質(zhì)量濃度的臨界水平AOT40 10.71 mg·m-3·h-1［7］。采用基于通量的臨界水平，落葉樹種AFst1.6值高于對樹木產(chǎn)生危害的臭氧通量的臨界水平 4 mmol·m-2［7］。但是，常綠樹種AFst1.6值低于對樹木產(chǎn)生危害的臭氧通量的臨界水平。這些研究結(jié)果表明，與城市中的常綠樹種相比，落葉樹種更容易受到臭氧危害的影響。與本研究結(jié)果一致的是，地中海地區(qū)常綠灌木比落葉灌木對臭氧脅迫的耐受能力更強(qiáng)［33］。此外，本研究結(jié)果表明，基于測量更適合于臭氧對城市樹木的影響比風(fēng)險(xiǎn)暴露法評價(jià)通量。這些結(jié)果與以往的研究相比，臭氧通量比AOT40曝光的預(yù)測臭氧可見葉面損傷的測量［34］更準(zhǔn)確一致。

5 結(jié)論

臭氧吸收量受到水汽壓虧缺和太陽總輻射等環(huán)境因子的影響，氣孔的開放促進(jìn)楊樹臭氧吸收，臭氧質(zhì)量濃度影響液流密度變化。本研究從速率、效率及環(huán)境因子三個(gè)方面揭示城市環(huán)境下林木整樹吸收臭氧功能變化的信息，D對更高的GO3和FO3更敏感，隨著D增加臭氧吸收減少;臭氧質(zhì)量濃度超過臨界水平引起樹木相應(yīng)的響應(yīng)，楊樹AOT40為72.02 mg·m-3·h，遠(yuǎn)超過對樹木危害的臭氧質(zhì)量濃度的臨界水平10.71 mg·m-3·h，說明了楊樹的高臭氧風(fēng)險(xiǎn)，樹干液流技術(shù)適用于計(jì)算植物的臭氧吸收量。結(jié)合林木冠層氣孔導(dǎo)度響應(yīng)環(huán)境變化的敏感性，闡明林木吸收臭氧速率、效率及格局對城市環(huán)境的響應(yīng)機(jī)制，既是對城市生態(tài)學(xué)有關(guān)環(huán)境改變影響林木吸收臭氧特征的前沿性探索，又可對城市林木吸收臭氧速率和效率提高的問題提出新的解釋。

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