從5月18日起，京津冀及周邊地區正遭受一次“隱性”污染過(guò)程，首要污染物為臭氧（O3）。

眾所周知，平流層中的O3可以防止紫外線(xiàn)入侵，對人類(lèi)健康有利。而近地面的O3因其強氧化性，會(huì )刺激人體皮膚、中樞神經(jīng)、免疫系統等，引發(fā)多種疾病。此外，O3對植物健康和生態(tài)系統碳吸收有很大的破壞性。

目前，人們對O3與生態(tài)系統、氣候變化三者之間的相互作用還缺乏深入了解?！扒嗄昵擞媱潯?、中國科學(xué)院大氣物理研究所樂(lè )旭研究員利用自主研發(fā)的生態(tài)損耗模型，對該問(wèn)題進(jìn)行了系統全面的模擬解析，為評估O3對我國陸地碳吸收和農作物產(chǎn)量的影響提供了定量依據?！?/span>

現階段，近地面O3已經(jīng)成為我國夏季的首要大氣污染物

　　隨著(zhù)霧-霾減排措施的推進(jìn)，O3污染可能會(huì )進(jìn)一步加劇。

　　這個(gè)看似難以理解的命題，還要先從近地面O3的生成機制談起。

　　在有光的條件下，近地面O3主要通過(guò)氮氧化物 （NOx） 與揮發(fā)性有機污染物（VOCs）的反應生成。

　　NOx是生成霧-霾顆粒物的重要前體物，大部分來(lái)自化石燃料的燃燒過(guò)程，如汽車(chē)、飛機、內燃機及工業(yè)窯爐的燃燒過(guò)程。VOCs主要來(lái)自燃料燃燒和交通運輸，也來(lái)源于涂料、油漆、膠水、清潔劑等，同時(shí)還有很大一部分來(lái)源于自然植被的排放。

　　根據大氣化學(xué)反應原理，在VOCs固定（或者受限制）的情況下，NOx轉化為O3的關(guān)系可以用一條頂點(diǎn)在第二象限開(kāi)口向下（即“門(mén)洞”形狀）的拋物線(xiàn)來(lái)形容。在NOx極高的情況下，O3含量相對低；而當NOx略微下降，O3則會(huì )增多；只有在NOx大量降低的情況下，O3才能減少。

　　這就意味著(zhù)，在我國現階段，隨著(zhù)NOx減排的推進(jìn)，華北地區不得不經(jīng)歷一段時(shí)間更嚴重的O3污染。

　　有人提出，在當前階段，避免O3污染最有效的途徑是控制VOCs的排放。但難度在于人為排放的VOCs和NOx在一定程度上同根同源，很難在控制NOx的同時(shí)，讓VOCs下降得更多。此外，VOCs中有較大一部分來(lái)源于自然植物的排放，不受污染物減排的影響。

　　因此，治理O3污染必然是一個(gè)長(cháng)期而緩慢的過(guò)程，徹底解決還需大幅減少NOx排放?！　?/span>

　　O3大幅削弱植物的光合作用

　　大量觀(guān)測表明，臭氧會(huì )削弱生態(tài)系統的碳吸收，影響農作物產(chǎn)量，還會(huì )進(jìn)一步促進(jìn)氣候變暖。

　　植物光合作用會(huì )吸收CO2，并將其轉變成淀粉等多糖物質(zhì)，而吸收CO2的多少取決于植物葉片表面氣孔導度的大小。

　　不幸的是，O3也可以通過(guò)氣孔進(jìn)入葉片，破壞細胞膜的通透性，從而降低光合作用的效率。例如，對于C3類(lèi)植物（包括草本植物和大部分莊稼），O3濃度達到120ppb時(shí)（1ppb約為2.1微克/立方米），光合效率損失接近30%，意味著(zhù)植物的碳吸收大幅減少。

　　農作物對碳吸收的減少有一定的適應，所以產(chǎn)量和光合吸收并非線(xiàn)性關(guān)系?？茖W(xué)家通過(guò)改變試驗田O3濃度，測試其對作物產(chǎn)量的影響。數據顯示，對于水稻，當O3增加15ppb （從40ppb至55ppb左右）時(shí)，籽粒重量減少4%至5%；對于大豆，當O3增加15ppb（從55ppb至70ppb）時(shí)，籽粒重量減少8%至15%；對于小麥，當O3濃度增加約10ppb（從45ppb至55ppb）時(shí)，籽粒重量減少14%至25%。

　　在我國，O3污染與植物的關(guān)鍵生長(cháng)期有很高的時(shí)空一致性。6月至8月是生態(tài)系統光合作用最強的時(shí)期，也是O3污染最嚴重的時(shí)段。同時(shí)，我國中東部是O3污染頻發(fā)區，也與農作物分布區高度重合?！?/span>

　　O3對我國生態(tài)系統碳吸收的影響被首次評估和驗證

　　在該研究中，樂(lè )旭利用觀(guān)測（包括衛星反演、站點(diǎn)測量、野外試驗等）與模式（包括全耦合的氣候模式、離線(xiàn)的動(dòng)態(tài)植被模式）相結合的方法，評估了O3對我國總初級生產(chǎn)力（GPP）和凈初級生產(chǎn)力（NPP）的影響。

　　GPP代表植物冠層總的光合吸收，NPP則在GPP的基礎上減去了自養呼吸（即維持植物生存和生長(cháng)所需的消耗），代表植物對CO2的凈吸收。

　　結果表明，現階段近地面O3使我國GPP平均減少達到10.3%，而在中東部地區，落葉林和C3類(lèi)植物的夏季GPP損耗可能達到20%以上。對NPP而言，O3污染會(huì )使NPP年均減少達到0.43PgC~0.76PgC（1PgC=10億噸碳），相當于NPP總量的10%~15%以及人為碳排放量的15%~26%，體現了近地面O3對碳循環(huán)不可忽視的影響。由于O3的生態(tài)效應，植物光合吸收減弱，更多的CO2留在大氣中，進(jìn)一步加劇了氣候變暖的趨勢。

　　作為全球最大的碳排放國，中國每年的人為碳排放達到了2.9PgC，而我國陸地生態(tài)系統卻只能吸收其中的7%左右。樂(lè )旭的研究表明，O3污染會(huì )進(jìn)一步削弱陸地碳吸收的能力，增加凈的碳排放量，給我國氣候變化談判帶來(lái)不利影響。此外，NPP的損耗會(huì )帶來(lái)農作物產(chǎn)量的減少和經(jīng)濟的損失。

　　更嚴峻的是，O3生態(tài)效應在現有減排措施下到2030年可能會(huì )進(jìn)一步加重，因為NOx的少量減少反而促進(jìn)更多O3生成。但是，如果用現有可行技術(shù)把減排力度加到最大，不考慮經(jīng)濟發(fā)展及其他社會(huì )需求，污染物排放能減少70%~80%。這種力度的減排可以使得O3減少，并且減少數量將達40%以上，從而有利于陸地生態(tài)功能的恢復和碳吸收的增強。

　　現階段，加速應對O3污染，減少其對生態(tài)系統健康的破壞，已經(jīng)不得不提上日程了。

（來(lái)源：《中國氣象報》2017年5月25日三版 ）