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大气气溶胶辐射效应对长江三角洲地区主要作物生产的影响

翟薇  
【摘要】: 随着工业化和城市化的迅速发展,大气气溶胶含量显著增加,大气气溶胶的这种变化对生态环境特别是农业生产的影响,正逐渐引起科学界的关注。目前,我国还没有专门的试验来研究气溶胶辐射效应对植被生长的影响,故本文尝试用动态、机理性的模型来模拟分析大气气溶胶辐射效应对作物生长发育和产量的影响。本研究耦合了农田生态系统生物地球化学模型(DNDC)与大气气溶胶浓度变化对光合有效辐射的影响模型,以长江三角洲地区的主要作物冬小麦和水稻为研究对象,模拟了大气气溶胶浓度升高导致的辐射效应对作物生产的影响。 本文首先对DNDC模型中的光合作用子模式进行了改进;其次将大气气溶胶的辐射效应模型与农田生态系统模型进行耦合;并利用耦合的模型模拟了长江三角洲地区大气气溶胶浓度变化引起的辐射效应对冬小麦和水稻生产的影响。 初步结论如下: 1、1961~2000年长江三角洲地区太阳总辐射量呈下降趋势,散射辐射下降较小,甚至还有个别地区散射辐射升高。总体上看,长江三角洲地区晴空率正在逐渐下降。 2、改进的农田生态系统生物地球化学模型(DNDC)相对准确地反映了辐射对作物光合作用、产量的影响,模拟值更加接近观测值。 3、随着辐射量的变化,作物日光合作用量、籽粒产量变化与辐射量变化呈正相关,作物日光合作用量和籽粒产量对辐射的变化较敏感。同时发现:并不是辐射量越多对作物的生长越有利,当辐射量增加到一定程度,这种正的影响会减缓。 4、加入了根据观测数据确定的大气气溶胶辐射效应模型之后的耦合模型能更准确地反映作物吸收光合有效辐射的情况。 5、利用耦合模型,模拟分析当AOD分别为0.311、0.482、0.692、0.878、1.09、1.33、1.93时,作物光合有效辐射和籽粒产量的变化,得出作物光合有效辐射和籽粒产量均随AOD的增加而减少。 6、当前气溶胶平均状况下(气溶胶光学厚度为0.78)冬小麦、水稻的光合有效辐射较无气溶胶存在时分别减少22%左右和18%左右,籽粒产量较无气溶胶存在时分别减少12%左右和9%左右。模拟分析显示如果未来气溶胶光学厚度增大一倍(气溶胶光学厚度为1.56),冬小麦、水稻的光合有效辐射将分别较当前情况减少19%左右和16%左右,籽粒产量将分别减少9%左右和8%左右。 本文的创新之处在于:将大气气溶胶的辐射效应模型与农田生态系统模型进行耦合。且与以往模型研究中只考虑总辐射变化对作物的影响不同,本耦合模型中还考虑了大气气溶胶导致的散射辐射的正效应对作物生长的贡献。故模型模拟结果显示了当前气溶胶状况导致的作物籽粒产量减产率并没有W. L. Chameides[1]曾指出的15%左右那么多。且本文分析了长江三角洲地区40年6个站点的总体情况,较W. L. Chameides的研究更加全面。


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