欧洲农作物的臭氧风险评价：欧洲小麦和马铃薯的气孔通量和通量-响应关系的进一步发展外文翻译资料

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欧洲农作物的臭氧风险评价：欧洲小麦和马铃薯的气孔通量和通量-响应关系的进一步发展

H. Pleijel^a, , H. Danielsson^b, L. Emberson^c, M.R. Ashmore^d, G. Mills^e

^a_{Plant and Environmental Sciences, Gouml;teborg University, P.O. Box 461, SE-405 30 Gouml;teborg, Sweden}

^b_{Swedish Environmental Research Institute, P.O. Box 5302, SE-400 14 Gouml;teborg, Sweden}

^c_{Stockholm Environment Institute at York, University of York, YO10 5DD, UK}

^d_{Environment Department, University of York, York YO10 5DD, UK}

^e_{Centre for Ecology and Hydrology Bangor, Deiniol Road, Bangor, LL57 2UP, UK}

_{Received 15 May 2006; received in revised form 8 September 2006; accepted 1 December 2006}

摘要：Jarvis气孔导度模型是一种参数化的模型。基于田间原位开顶箱实验场种植小麦和马铃薯相对产量与气孔吸收间的关系，整合并应用这种派生关系。这种关系是建立在四个欧洲国家进行了十三次小麦试验和四个欧洲国家进行了七次马铃薯实验的基础上。导度的参数化模型是基于广泛的文献综述和主要数据建立起来的。对小麦（r²=0.83）和马铃薯（r²=0.76）的研究来说，这种气孔导度模型开顶式气室实验中的应用相比以前的气孔导度模型改进了相对产量和臭氧吸收之间的线性回归关系。在马铃薯研究中的模型提升最大，使用气孔臭氧通量阈值的关系，获得最高的相关性。对小麦和马铃薯表现最佳的曝光指数AFst6（即臭氧每小时阳光照射的叶面积流量阈值,累积气孔吸收臭氧通量高于6 nmol）。结果表明，基于磁通的模型拥有较高的准确度来预测臭氧对整个欧洲主要农作物产量损失的影响。如果需要进一步改进这些模型我们就需要利用气孔导度的创新建模和植物暴露实验作进一步的研究。

关键词：通量；臭氧；马铃薯；气孔导度；小麦；产量–响应关系

第一章 绪论

1 引文

在过去的10年间对植物的臭氧吸收的估计方法呈集约性发展，以更准确地评估臭氧总量的总沉积率和某些臭氧产量损失的影响。累积的臭氧吸收可能会产生比臭氧浓度和臭氧通量的关系更好的效果。累积的臭氧吸收通过气孔是强烈依赖于气候条件（pleijel et al. ,2000）和气孔导度模型计算臭氧通量的基础(Emberson et al. , 2000a, b; Gruuml; nhage et al. , 1999,

2001)被认为是欧洲的风险评估，并已被用于计算的小麦和马铃薯关系产量损失与吸收臭氧之间关系（Danielsson et al. 2003; pleijel et al. , 2002, 2004）。类似的方法在美国北部也有发展(Massman et al. , 2000; Musselman and Massman, 1999)。

本调查的目的是：（1）对小麦和马铃薯乘法算法的气孔导度（gsto）；（2）小麦和马铃薯产量损失与气孔臭氧吸收之间的关系，此关系基于开顶式气室实验（OTC）场种植的作物校准实验。这工作是根据实验结果和建模方法、基于干沉积模式，后者称这里为DO3SE模型（对臭氧和气孔交换沉积）。DO3SE模型是目前使用的欧洲监测和评估计划（EMEP）光氧化的化学运输模型，这是由联合国经济委员会（UNECE）用于欧洲，为欧洲空气污染评价污染减排战略(Simpson et al. , 2003)。DO3SE允许的气孔和非各种土地覆盖类型在欧洲气孔臭氧沉降计算(Emberson et al. , 2000b, 2001; Simpson et al. , 2003)。在DO3SE模型的一个关键组成部分是用来估计气孔导度的乘法算法；该模型形成于大量研究的基础上，有由Danielsson等人（2003）和pleijel等人（2002、2004）先前所描述的相关的累积吸收臭氧吸收的影响。

使用DO3SE模型估计气孔通量允许建模方法与应用在欧洲规模的干沉积建模方法是一致的。它是可以通过实验研究通量-响应关系，来估计在欧洲不同的政策方案下的臭氧影响的风险，因此这种方法很重要。在本文中，我们提出了欧洲主要作物品种小麦和马铃薯的更新的通量-响应关系的推导。重点改进的通量–反应关系较早前公布的流量–反应关系有优势（Danielsson et al. , 2003; pleijel et al. , 2002, 2004）。优点如下：（1）一个详细综述了数据从一个广泛的地理覆盖范围用于修改特定物种，气孔导度（gmax）和代表功能不同的环境变量对气孔导度的影响；（2）完整的协议已经保证了用于获得流量的气孔导度–参数化模型之间响应函数和DO3SE模型；（3）改进模型表示了当臭氧浓度出现峰值时，限制在下午的气孔导度，用以增加白天蒸汽压亏缺（VPD）；（4）在最大臭氧敏感期间物候表示已修改；（5）一个实验数据对小麦已添加的流量–响应关系的推导（pleijel et al. , 2006）。

第二章 材料与方法

2.1 乘法导度模型

经修订的乘法模型的细节在DO3SE公约手册可显示（LRTAP公约，2004）。它是基于贾维斯型乘法算法：

在gsto是实际的气孔导度（mmol O3 m^-2PLA s^-1阳光投影叶面积（PLA））gmax是特定物种的最大气孔导度（mmol O3 m^-2PLA s^-1）。参数fphen，fO3，flight，ftemp和fvpd都是相对而言的表达（即他们的价值之间的0和1）的比例作为计算。这些参数允许的物候和臭氧的修改的影响，和三个环境变量（光照、温度和水蒸气压力气孔导度）。由于在必要的时候，假定干旱不影响气孔导度在实验中的应用。方程（1）与fphen和fO3是一种最重要的限制因素的方法；即是由于正常衰老是限制或限制臭氧引起的过早衰老的限度。该功能表明，采用最强的限制。如果，例如，fphen=0.5和fO3=0.6，则fphen是最大限制从而公式（1）采用min（fphen，F O3）=0.5。在生长季节的早期和低浓度的臭氧曝光fphen总是限制和f O3不生效。在高的臭氧吸收率，尤其是如果同时物候发展速度缓慢，fO3变得重要，这往往是生长季节的结束。fphen的功能是以热量时间积累为代表植物的发育速率对温度的依赖性(Campbell and Norman, 1998)。

利用边界线技术确定了不同的函数对各自的环境变量的依赖关系。这项技术是首次提出并描述了韦伯（1972）广泛应用于各种不同的生态系统的逻辑研究，输出变量是依赖于几个变量驱动的同时，如屈服于不同土壤反应性质（如Shatar和McBratney, 2004）。它假定不同环境因素影响输出变量独立和多样性。平滑曲线（因而可能忽略单一的外围点）安装，代表一定的输出变量的最大响应（如气孔导度）分别驱动对每个变量（温度、VPD、光等）。曲线代表相应的驱动变量在方程的不同的功能如公式1。该方法已成功地充分利用环境变量气孔导度模型的影响，（Jarvis, 1976; Livingston and Black, 1987; Danielsson et al. , 2003）以及其他生理生态学应用（Shatar和McBratney, 2004）。

考虑到在叶水势蒸腾作用（uddling et al. , 2004），这常常导致气孔传导的下午时间限制（pleijel et al. ,2002），需要用附加VPD算法。这个结果在下午气孔导度限制比公式（1）高VPD值更强（见下文）。

臭氧对植物叶片的气孔通量Fst是导度gl和臭氧浓度的产物。如果参考点接近叶子，GL的主要组成部分是气孔导度（gsto=1/RSTO；RSTO是气孔阻力）和叶片边界层导度（gb=1 /RB；RB叶片边界层阻力），它可以结合使用电阻模拟：

假设在叶臭氧浓度接近于零（Laisk et al. ,1989），非气孔臭氧沉积叶外可以忽略不计。

rb的恒定值是进行剂量-反应函数的计算。他们从pleijel等人。（2000）对小麦（gb=1138 mmol O3 m^-2PLA s^-1）和pleijel等人（2002）和基于Unsworth等人（1984）对马铃薯（gb=1073 mmol O3 m^-2PLA s^-1）在空气流动情况下开顶式气室实验的计算。水蒸气分子扩散系数的换算系数为0.61。

气体交换分析仪试管环境测定的导度模型校准气象变量。气象变量和臭氧浓度观测基于OTC实验建立在上方（0.1米）的植物冠层的基础上对剂量–响应回归关系。提供参考的不同实验的进一步细节并在表1中给出。

在模型中的所有变量的计算每小时的平均值。AFstY（mmol O3 m^-2PLA s^-1）表示的累积通量臭氧气孔流量阈值Y nmol O3 m^-2PLA s^-1经过一段时间的积累，由物候函数定义的相应的作物生长期开始日。

2.2 产量反应回归

累积吸收臭氧产量回归分析是基于由Fuhrer（1994）提出的原则。首先，每个实验的回归。谷物或块茎产量的治疗手段，然后除以每个单独的实验。因此，零的臭氧吸收和从不同的实验相对产量（RY）、相对规模总是与个人实验水平没有影响，这种现象变得相当普遍。

2.3 实验数据

响应关系是基于十三场OTC实验小麦（品种：Drabant，Dragon，Duilio，Satu）从四个不同的欧洲国家和七场马铃薯OTC试验（品种Bintje）。使用的都是大田种植的作物和常见的农业实践。在表1中pleijel等人（2004）。进行了比较详细的描述，1999年一个瑞典实验异常使用两级臭氧（活性炭过滤空气和臭氧浓度升高，N=6，品种：龙），这是pleijel等人描述（2006）。所有实验提供的实验数据对臭氧通量模式均适合。

表一 实验中包含的基本信息

第三章 结论

3.1 气孔臭氧通量参数化模型

表2总结了小麦和土豆的参数模型并得出流量-响应关系。这个参数的推导是在下面更详细地讨论。

表2 对小麦和土豆模型综述参数设置

参数gmax是物种的最大气孔导度、fmin是最低的gsto发现出现在现场时，在日光条件下，土壤水分表达不限制作为一个分数的计算。参数FA、FB表示gsto需要在开始和结束的臭氧通量积分周期的最大计算分数。在开始和结束整合期表示为温度和之前（FC）和温度和之后（FD）开花、小麦和马铃薯块茎形成，该参数定义下的饱和率对于gsto光响应函数。Topt表示温度有气孔导度没有限制，而Tmin和Tmax给下面的温度（Tmin）及以上的温度（Tmax）真正限制了gsto到fmin。

3.1.1 gmax的推导

小麦和马铃薯的gmax的值来自已发表的数据。所有的gsto测量用于推导gmax和其他参数推导这些参数可以利用小麦旗状叶和阳光照射的马铃薯冠层上部，使用标准的gsto测量装置。由于酚生物与环境约束对气孔导度的限制，gmax就很少发生在现场（KOrne，1994），选定的数据必须符合严格用于磁通的算法关键参数建立的标准。表3和4给出了发布的详细信息数据，基于这些标准进行计算推导。数据是在野外生长和在欧洲开顶式气室实验中以大田种植的植物gsto测量获得的。测量必须以天和年为单位，gmax必须考虑气体的导度预计将发生的全部细节如测量了（如H2O、CO2、O3）和在叶面积基础上进行的测量（如总值或投影）。表3和表4的第九栏列示出导度测量的基础上在研究中使用（气体，投影或总叶面积）的方法来推导gmax。gmax从CO2、H2O到O3的转换（表3和表4中第二列给出的值）是根据格雷厄姆定律，假设不同的气体分子扩散系数的比值等于分子量的平方根的倒数（Campbell和Norman，1998），然后用转换CO2或H2O的gmax到O3（在表3和表4的第二列给定值）。表3和4也提供了小麦和马铃薯gmax的值分别在平均，中位

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