近期，意大利国家研究委员会陆地生态系统研究所委员、Science of the Total Environment 共同主编 Elena Paoletti 团队在 Sustainable Horizons 发表封面文章，回顾了当前关于野外植物生长季的气孔臭氧通量及森林生态系统风险评价的主要研究成果，并呼吁采用主动监测臭氧的方法来估算气孔臭氧通量，以定量评价大气中臭氧对森林生态系统的影响。
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- 研究背景 -
在太阳光的催化下，人类活动排放的甲烷、一氧化碳、挥发性有机物及氮氧化物等温室气体会于对流层中发生化学反应，并产生能对植物生长和生态系统造成直接伤害的气体——臭氧。
为了表征臭氧对植物的潜在风险，各种评价指标应运而生。其中，欧盟常用的AOT40（Concentration accumulated over a threshold ozone concentration of 40 nmol/mol，超过 40 nmol/mol小时平均臭氧浓度与 40 nmol/mol 差值的累积）仅基于空气中臭氧浓度，并未考虑到臭氧对植物的伤害原理（臭氧会进入植物体内，并在其内部发生生化反应造成损伤）。因此，基于气孔臭氧通量的PODy（Phytotoxic ozone dose above a y threshold of uptake，超过一定阈值的植物毒性臭氧剂量）被认为是更准确的指标，而监测气孔臭氧通量也成为了近期的研究热点，森林监测也成为当前实现森林可持续管理和保护的关键步骤。
- 文章亮点 -
There is a need to reconcile present critical levels and dose-response functions to estimate O3-induced biomass losses.
Visible foliar ozone injury (VFI) is recommended as forest-health indicator in setting epidemiology-based critical levels for forest protection from O3.
Active O3 monitoring is a cost-effective approach for estimating stomatal O3 flux and its economic effects on forests.
- 关键研究结果 -
建议以可见的叶面臭氧损伤（Visible Foliar O3 Injury, VFI）作为森林健康指标，来设定基于流行病学的临界水平（Critical Levels, CLs）。根据相关性分析结果，POD1会随着VFI的增长而增长。其它指标如树冠脱叶和径向生长，对森林中同时出现的其它生物和非生物的因素均有反应。基于意大利某野外实验的数据进行建模分析，发现POD1与VFI的相关性比AOT40更强。而且，通过重新分析整个生长季节在野外进行的臭氧FACE实验数据，研究发现总生物量减少和VFI之间存在明确的相关性，这表明在设置CLs时，VFI可以替代生物量损失这一指标。
现有相关法律中推荐的参考周期是符合生物学规律的，因此在科研过程中应采用相关参考周期。同时，计算PODy时，推荐采用低臭氧毒性阈值y。
为了更好地验证野外数据和建立参数化模型，需要将实验和实地监测结合起来，从而尽可能地评估出臭氧对森林的真实影响。
有必要调整目前的CLs和剂量反应函数，以更准确估计由臭氧引起的生物量损失。研究对比了2015年6种森林类型，及根据设定的不同CLs值计算出的、超过数及估算的生物损失量。结果显示，基于AOT40的CLs得出的超额臭氧影响区域面积比POD1更大，生物损失量却完全相反，这主要是因为不同类型植物对臭氧的敏感度不同。
当下森林中对流层臭氧的监测设备主要有两种：主动监测器（连续操作的实时机械设备）和被动传感器（完全暴露并搜集累积数据的采样器）。被动采样器搜集的数据不确定因素多，瞬时分辨率低，且不论是用于计算PODy还是AOT40均需额外借助函数来估算每小时的数据。因此采用主动监测的方法能更加经济地估算气孔臭氧通量及其对森林的经济效益影响，进而更具有环境可持续性。
- 结论和展望 -
当前，主动监测臭氧通量是性价比较高的行动，这不仅能估算PODy，量化臭氧对森林健康和可持续性的经济影响，而且尊重了相关环境保护法律的发展趋势。
本研究成果支持了PODy监测的长期可持续性，并为进一步研究野外条件下VFI对POD1的响应、物种特异性CLs、多层冠层模型以及估算POD1导致的木材产量下降和其他森林生态系统服务功能减弱等提供了依据。
作者简介
Elena Paoletti： Research Director at IRET-CNR in Florence Italy, visiting professor at RCEES-CAS in Beijing China, co-editor in chief of Science of the Total Environment, member of the Management Committee of IUFRO, author of ab.250 Scopus papers, recipient of the 2019 IUFRO Award for Scientific Achievement, member of the EFI Scientific Advisory Board, Editor-in-Chief of STOTEN, expert in forests, climate change and air pollution, Elena works on forest monitoring of stomatal ozone flux exceedances, ozone impacts on plant ecophysiology under free-air conditions, and urban forest amelioration of air quality.
引用格式：
Paoletti, E., Sicard, P., Hoshika, Y., Fares, S., Badea, O., Pitar, D., Popa, I., Anav, A., Moura, B.B., De Marco, A., 2022. Towards Long-term Sustainability of Stomatal Ozone Flux Monitoring at Forest Sites. Sustainable Horizons 2, 100018.
期刊官网（英文）：https://journals.elsevier.com/sustainable-horizons
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