1立题依据和意义
1.1课题来源
国家自然科学青年基金《城市臭氧污染对观赏竹水分利用效率的影响及机制》。
1.2研究背景
21世纪快速的都市化、工业化和交通运输使地表臭氧(O3)浓度逐渐增加,在中国人口密集的特大城市(如北京、上海、广州等)臭氧浓度超过100 nmol·mol-1[1-2]。预计到2100年,全球大部分地区的年平均臭氧浓度将达到40 nmol·mol-1以上,夏季北半球地区甚至将超过70 nmol·mol-1[3]。地表臭氧作为具有植物毒性的空气污染物,对自然植物种群、作物和森林的危害被广泛关注[4,5]。长时间暴露于臭氧下的敏感植物会出现表观可见的叶片伤害症状[6], 并伴随光合速率下降[7],生长缓慢及早衰[8],进而削弱植物的抗逆性、竞争力和适应力,最终降低碳汇潜力[9],对生态系统的结构、功能和碳循环产生长远影响。
同时,干旱胁迫也常常影响植物生长发育,造成作物严重减产。全球干旱、半干旱地区约占土地总面积的36 %,占耕地面积的43 %。我国的干旱、半干旱地区主要分布在华北、西北、内蒙古和青藏高原等地区,其面积约占全国土地面积的二分之一。干旱对农作物造成的损失在所有的非生物胁迫中占首位,仅次于生物胁迫病虫害造成的损失。政府间气候变化专门委员会(IPCC, 2013)报告指出由气候变化导致的环境因素改变对生物体系有直接、间接以及交互的影响。在植物旺盛生长的时期,充足的光照和高温往往导致臭氧浓度爆发性的升高,并常常伴随着干旱的发生,从而使得植物同时受到高浓度臭氧和干旱的双因素胁迫。
1.3研究意义
2000—2016年,发表的关于臭氧和干旱复合胁迫的文章中,欧美国家达到71%,而中国只占14.6%。虽然中国早在1974年就由王勋陵和陈庆诚提出了臭氧污染对植物的伤害,但是由于20世纪90年代国家治理的重点主要放在一次污染物上,臭氧作为二次污染物直到2013年才被环保部门纳入城市的空气质量监测指标。前人在臭氧[10-11]或干旱[12-14]单因子胁迫对植物的影响方面已有大量阐述,但是当臭氧和干旱胁迫同时存在时,会导致了活性氧的过量产生和气孔功能的改变,结果往往不同于二者对植物的单一影响, 文献研究表明二者共存时对生物量存在的结果会出现拮抗、协同和无交互作用三种结果[15]。另外目前大部分的研究都集中在小麦、水稻以及森林生态系统,对于蔬菜作物的影响研究甚少,而蔬菜作物对于气候变化的响应与我们的生活息息相关,这一方面的研究亟待加强。我们在总结国内外臭氧和干旱复合影响的研究理论和结果的基础上, 计划通过设置臭氧和干旱双因素胁迫对蔬菜作物-樱桃萝卜生长指标(生长、叶片受害症状、气孔导度、臭氧累积剂量、叶绿素含量、生物量分配、非结构性碳分配)的影响进行研究, 目的在于明确这两种胁迫因素共存时对樱桃萝卜产量产生的可能影响以及方向,探究产生影响的可能机理。在全球气候变化背景下,频繁出现的干旱和不断升高的大气臭氧浓度将会共同对植物生长产生严重威胁,增加了植物响应的不确定性和复杂性。这也是目前污染生态学研究的热点问题,这对于了解臭氧和干旱对蔬菜作物影响至关重要,能够为相关研究提供数据参考。
2国内外研究现状
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