近日，我院冯兆忠教授团队在臭氧（O₃）污染和氮沉降对杨树人工林生物源挥发性有机化合物（BVOCs）排放生态效应研究领域取得重要进展，相关成果以“Realistic levels of elevated ozone and nitrogen deposition have limited effects on leaf-and canopy-level isoprene emissions in poplar plantations”为题发表于生态气象领域国际期刊《Agricultural and Forest Meteorology》。论文第一作者为我院袁相洋副教授，通讯作者为冯兆忠教授，其他作者包括中国农业科学院茶叶研究所李征珍副研究员及意大利那不勒斯费德里科二世大学Francesco Loreto教授等。

异戊二烯（Isoprene）是植物排放量最大的BVOCs，占全球BVOCs排放总量的50%以上，在大气对流层光化学过程、O₃和二次有机气溶胶（SOA）生成中发挥着核心作用。自工业革命以来，全球对流层O₃浓度持续攀升，与此同时，大气氮沉降量也较工业革命前增加了约三倍。由于氮氧化物（NO_x）既是O₃生成的关键前体物，也是氮沉降的主要来源，O₃污染往往与氮沉降增强区域高度重合。臭氧作为一种植物毒性污染物，能够抑制光合作用并影响植物生长；而氮作为植物必需的营养元素，则可能促进光合碳同化。两者对植物异戊二烯排放的潜在影响截然相反：O₃通常抑制异戊二烯排放，氮素则可能促进其排放。然而，以往研究多基于盆栽幼苗在控制条件下开展，难以反映野外成熟林木的真实响应。野外实际大气环境条件下O₃与氮沉降的交互作用究竟如何影响异戊二烯排放，以及叶片尺度与冠层尺度的响应是否一致，这些关键科学问题仍缺乏系统性的野外实证答案。

针对上述科学问题，团队依托人工林O₃-FACE野外实验平台开展系统研究。研究选取了O₃敏感型杨树克隆546（P. deltoides cv. ‘55/56’ × P. deltoides cv. ‘Imperial’）和O₃耐受型克隆107（Populus euramericana cv. ‘74/76’）为研究对象。实验设置环境O₃浓度（AO₃）和1.5倍环境O₃浓度（EO₃）两个O₃处理，并嵌套氮添加处理（N0和N60，60 kg∙N∙ha^-1∙yr^-1），模拟当前及未来情景下的氮沉降水平。在2020-2021年生长季，团队系统测定了不同冠层位置（上部、中部、下部叶片）的异戊二烯排放速率、光合气体交换参数（净光合速率P_n、气孔导度G_s、胞间CO₂浓度C_i）、异戊二烯合成酶（ISPS）活性及其底物DMADP含量。同时，创新性地利用叶片光化学反射指数（PRI）与异戊二烯排放之间的显著相关关系，结合无人机搭载的高光谱成像仪获取的冠层光谱数据，实现了从叶片尺度到冠层尺度的异戊二烯排放估算。

图1 杨树人工林O₃-FACEs实验示意图

研究发现，在野外实际大气环境条件下，适度的O₃浓度升高和氮沉降对杨树异戊二烯排放的影响总体有限，异戊二烯排放主要受季节性和冠层内叶片位置的调控，而非传统认为的O₃或氮素供应主导；同时，研究发现叶片与冠层尺度的异戊二烯排放对O₃浓度升高及氮沉降的响应具有一致性，意味着叶片尺度的响应结果可用于区域尺度异戊二烯排放估算。该成果为全球变化背景下区域及全球尺度异戊二烯排放模型准确估算提供了重要的野外实证数据，对优化大气化学模型和制定区域空气污染治理策略具有重要科学价值。

图2 杨树人工林冠层异戊二烯排放估算流程

论文信息：Xiangyang Yuan, Xinyu Zhu, Shuangjiang Li, Yingdong Du, Yansen Xu, Zhengzhen Li, Zhaozhong Feng*, Francesco Loreto. Realistic levels of elevated ozone and nitrogen deposition have limited effects on leaf- and canopy-level isoprene emissions in poplar plantations. Agricultural and Forest Meteorology, 2026, 388, 111324,https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2026.111324.