大气复合污染和干旱对植物生长的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

大气气溶胶是大气中悬浮的固态和液态化合物所形成的复杂颗粒物，根据其成分来源可分为自然源气溶胶和人为源气溶胶，前者主要包括沙尘、火山喷发、海洋飞沫，以及自然界中的气体发生化学反应而生成的细小颗粒物；后者主要包括工农业生产与化石燃料燃烧产生的原生气溶胶，以及燃烧排放的气体在大气中相互反应而形成的次生气溶胶。随着全球经济的飞速发展，人类活动向大气中持续排放大量的颗粒物，导致全球大气中的气溶胶含量大幅度上升，在东亚和南亚尤其显著(hu et al. 2011; hsu et al. 2012; yoon et al. 2014)。

人为源气溶胶按成分可以分为以下几类：硫酸盐类、氮化物类、黑炭类和金属粉尘等。其中，氮化物类可通过干、湿沉降进入生态系统，影响生态系统碳氮循环。由于化石燃料的燃烧和化肥的使用，氮沉降在过去一个世纪增加了3到5倍，且呈持续上升的趋势(galloway et al. 2008)。氮沉降的增加可以提高土壤中氮含量，从而促进植物生长，提高生态系统的碳吸收能力(magill et al. 2005; elser et al. 2007; lebauer and treseder 2008; xia et al. 2008)。然而，过高的氮沉降也会对土壤产生酸化作用，会降低土壤酶的活性，降低微生物活性，抑制土壤异养呼吸，进而影响土壤碳氮循坏(liu and greaver 2010)。

除了输入氮沉降之外，气溶胶粒子能够吸收和反射太阳辐射，从而降低到达地表的总太阳辐射量，与此同时也会使散射辐射量及比例增加(mahowald et al. 2011)。散射辐射量的增加会使更多的辐射到达到植物冠层内部，从而显著提高植物冠层的光合作用效率，进而增加生态系统的固碳能力(roderick et al. 2001)。涡度相关技术的研究结果表明气溶胶对于生态系统碳吸收会产生促进作用(wang et al. 2008)。全球尺度模型的研究结果也表明，由气溶胶浓度上升而产生的散射光施肥效应使得陆地生态系统的碳固定量在1960-1999年间增加了25%(mercado et al. 2009)。但是气溶胶浓度过高，也会使总辐射量降低过多，进而导致生态系统碳吸收能力降低(oliveira et al. 2007)。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

通过对多个站点气溶胶浓度和氮沉降的连续监测，分析气溶胶与氮沉降的季节动态及两者的相关性。结合对植物生长和土壤有机碳的监测，探讨气溶胶与氮沉降的复合作用对生态系统碳循环的影响。

研究内容：

3. 研究的方法与方案

研究方法：

通过测定生长季植物生长与氮沉降、pm2.5浓度，以及生长季前后土壤指标，采用方差分析及线性回归研究不同气溶胶浓度和氮沉降对植物生长的影响。

技术路线：

见附件。

4. 研究创新点

本项目选择北京不同污染程度的研究点，测定各站点的氮沉降浓度，结合环境监测站公布的PM2.5数据，可分析气溶胶浓度与氮沉降之间的关系。

同时，通过多元回归分析的方法，可探讨气溶胶及氮沉降对植物生长及土壤有机碳积累的影响。

5. 研究计划与进展

2015.04 统一育苗，安装氮沉降收集装置；

2015.05 转运树苗，完成土壤碳、氮背景值测定；

2015.06-2015.11 进行杨树生长数据及氮沉降的测定；