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全球火排放的大气污染物对陆地生产力的影响


  火是地球体系的紧张扰动因子。每年,全球森林由于火燃烧而损失的碳达到2.0 PgC(20亿吨),相称于人为碳排放总量的20%。此外,火排放会生成大量臭氧和气溶胶(例如PM2.5)等大气污染物,对空气质量和人群健康造成影响。这些污染物也会对植物健康和森林生产力造成影响,从而间接改变生态体系碳收支。其中臭氧因其强氧化性,被植物吸取后会破坏细胞膜组织,损耗光合吸取。而气溶胶则可以增长散射光,在肯定条件下促进植物光合速率(称为散射施肥效应)。目前,全球火排放的大气污染物对陆地生产力的综合影响尚不清楚。

  图1 源自火排放的臭氧和气溶胶对森林光合作用的影响

  近期,中国科学院大气物理研究所乐旭研究员在《天然·通信》上撰文,对火排放的大气污染生态效应开展了体系性探索。该工作行使三套数值模式和多组观测数据,研究了臭氧和气溶胶对初级生产力(GPP,即生态体系总的光合吸取)的影响。效果注解,地表臭氧使得全球GPP削减4.9 Pg C(3.6%),其中源自火排放的臭氧引起的损失占20%。另一方面,气溶胶增长全球GPP达到1.0 Pg C (0.8%),其中源于火排放的气溶胶贡献只有5%。气溶胶的影响远小于臭氧,这是由于全球火运动重要发生在热带雨林,这一地区粘稠的云层袒护了气溶胶散射施肥效应。综合而言,火排放的大气污染物使得全球GPP减小0.9 Pg C (0.6%)。

  除了全球影响,这些污染物在局地会造成更大的生态效应。例如,2006年印度尼西亚的大火使得当地GPP减小3.6%,4倍于全球平均水平。此外,火排放的污染物会通过远距离传输,对下流地区植被造成影响。研究发现,美国东部和中国东部是受境外火排放影响最明显的地区,由于这些区域的本底臭氧浓度高,源于外埠火排放的臭氧虽然浓度较低,与背景浓度叠加之后会产生较明显的破坏性。

  这项研究工作揭示了火影响生态体系碳收支的新途径,指出我国京津冀、长三角和珠三角等大气污染高值中间也是火排放影响的敏感区。在全球变暖导致野火运动增长的背景下,更多污染物将通过火排放进入大气,对我国陆地植被健康和生态体系功能造成更严厉的威胁。

  图2地表臭氧和气溶胶对全球GPP的影响比例。

  左图是悉数污染物(火排放除外)的影响,右图是火排放污染物的影响。

  该工作受中国科学院战略性先导科技专项和科技部国家重点研发计划项目的联合资助。

  详细研究内容请参见论文:

  Yue, X. & Unger, N. Fire air pollution reduces global terrestrial productivity. Nature Communications 9, 5413 (2018). (链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-07921-4

 

  

  

  


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