不同树种释放bvocs的比较研究

不同树种释放bvocs的比较研究

0光化学污染效应植物排放的蒸发有机物质（bvoc）占世界非甲醇类（nmh）产量的90%以上，达到1273吨。ca-1。植物BVOCs释放的生物学及生态学机制还不清楚,目前主要存在抗热胁迫和抗氧化胁迫两种假说,也有部分学者认为植物释放BVOCs并没有特定的生理意义,挥发性只是其固有的物理性质。BVOCs有以下生态效应:在光的作用下,与空气中的NOx发生光化学反应产生臭氧,促进光化学污染的形成;形成有机气溶胶及云凝聚核影响太阳辐射;形成有机酸增加偏远地区酸沉降;通过消耗OH基而改变大气的氧化平衡,影响CO及CH4的存活时间,进而对温室效应和全球变化造成潜在影响;全球陆地植被每年向大气释放的BVOCs约为1.2PgC,对区域碳循环及全球碳“失汇”具有重要意义。植物排放的碳氢化合物主要成份是异戊二烯(isoprene)和单萜(monoterpenes),分别占BVOCs排放量的44%和11%。由于植物释放BVOCs所产生的生态效应日益受到重视,最近研究者对温带森林,温带草原,热带森林等各种自然生态系统BVOCs的释放规律进行了广泛研究。城市森林对人居环境具有重要意义,其绿化树种的选择与配置具有人为主观性,而且,城市是全球气候变化最敏感的区域,随着城市化进程的加快,城区NOx、VOCs、CO2及对流层O3体积分数日益升高,光化学污染事件增多,而VOC排放清单是光化学模型数据输入的重要组成部分,所以研究城市不同绿化树种BVOCs组成及释放速率不仅可以了解城市大气污染特征,还可以为绿化树种的选择提供理论依据。城市热岛效应使得城区环境温度较高,而研究表明,环境温度显著影响植物BVOCs的释放,大多数植物在40°C以下随着温度升高BVOCs排放速率升高,因此,研究城市森林BVOCs的释放规律具有重要的现实意义。本研究采用二次热解析与气相色谱联用法测定了沈阳市代表性树种:银杏、蒙古栎、油松及华山松等4种幼树的BVOCs组成及排放速率,探讨了不同树种对植物挥发性有机物的排放规律的影响。1试验材料和方法1.1暖温带半湿润风型大陆性气候试验区位于中国科学院沈阳树木园(41°46′N,123°26′E),属于暖温带半湿润季风型大陆性气候。分别选取4a生银杏、油松、华山松及蒙古栎幼树为试验对象,各树种生长环境的温度,湿度及照度等气象条件保持一致。1.2样品的采集与测定用体积约120L的高压聚乙烯袋将所选择的树枝罩于其中,下口封紧,2根Teflon管子,一端固定在袋内,另一端与采样泵相连。采样袋封口后立即采样作为本底,30min后再采1次样,2次测定值之差为1次测量结果,样品的采集时间为5min,流速为100mL·min-1。气体样品收集在填充有Tenax-TA/Carboxen1000/CarbosieveSIII的吸附管中。采集样品前,采样管用流速为35mL·min-1的高纯N2在280℃下老化1h。样品采集后,立即带回实验室进行分析。采样后剪下叶片,在60℃下恒温烘干48h,称量干重,以计算该植物叶片单位干重的BVOCs排放速率[µg·(g·h)-1]。每种树采集3株。1.3毛细管色谱柱及色谱条件解析条件:ACEM9300热解析仪(美国),载气N2流速为30mL·min-1,60℃下干吹吸附管2min,然后在250℃下解析吸附管5min,经过1min冷却后,在275℃下解析聚焦管3min,样品经传输线进入气相色谱毛细管色谱柱,传输线温度为250℃。色谱条件:GC-14B气相色谱仪(岛津),色谱柱为熔融石英毛细管柱(长60m,内径0.315mm)。载气(N2)压力为190kPa,燃气为H2和空气。FID检测器温度280℃;进样口温度225℃;初始柱温40℃,停留5min,以2℃·min-1升温至120℃,保留1min,然后以20℃·min-1升温至200℃,保留10min。正戊烷为内标物。1.4袋内异戊二烯浓度式中,ER为异戊二烯释放率[µg·(g·h)-1];c1、c2为封闭前后袋内异戊二烯浓度(ppb);V为袋的有效容积(L);∆t为封闭时间(h);W为被封闭枝条的叶片干重(g);M为待测物分子量。2结果与分析2.1异戊二烯及针叶树种物质组成比较由表1可知:银杏,蒙古栎,油松,华山松等4种幼树的BVOCs排放组成不同,银杏及蒙古栎等阔叶树主要排放异戊二烯,分别占其萜烯类物质组成的71.76%和99.07%,而油松和华山松等针叶树主要排放单萜类物质,主要成份均为α-蒎烯,分别占其BVOCs总量的64.38%和38.35%。2.2银杏、华山松及油松不同树种bvacs排放速率由表2可知,不同树种BVOCs排放速率显著不同,蒙古栎幼树单位叶重的BVOCs排放速率显著高于其他3种树木,其排放速率达217.38µg·(g·h)-1,而银杏、华山松及油松的BVOCs排放速率分别为2.76µg·(g·h)-1、6.01µg·(g·h)-1及32.8µg·(g·h)-1。3不同树种bvacs排放的影响一般植物挥发性有机物主要由异戊二烯和萜类化合物(单萜、倍半萜)、碳酰基化合物、醇一系列羟基化合物、氧化物和酯类等组成。本研究结果表明,不同树种排放的BVOCs组成具有显著差异,自然条件下银杏及蒙古栎排放的BVOCs以异戊二烯为主,而油松及华山松以α-蒎烯为主,与李金龙等对油松的研究结果相同,王志辉等对北京地区植物BVOCs排放速率的测定也得出一致的结论,即阔叶树主要释放异戊二烯,针叶树和果树主要释放单萜。植物BVOCs的释放在植物属间有明显的差异,如壳斗科的栎属大多数释放异戊二烯,而青冈属和拷属似乎不释放异戊二烯;松柏属大多数有高含量的单萜,而壳斗科仅有少数种有明显的单萜释放。李庆军等认为,释放异戊二烯的类群多为在生态系统演替早期占优势类群,而演替后期的优势植物类群多为萜烯类化合物的释放者。Greenberg等通过对3个热带雨林群落的研究发现,由于不同群落树种组成不同,它们排放的BVOCs中异戊二烯和萜类的比例也显著不同。由于植物异戊二烯的释放具有很强的温度依赖性,而有些植物的单萜挥发量可能受光的影响,从而导致植物BVOCs组成因温度、光照等条件的差异而变化。尽管BVOCs的释放量具有植物种属间的差异,但没有发现C4植物象C3植物一样释放如此多的异戊二烯或单萜。本研究发现,蒙古栎释放异戊二烯的速率显著高于其他树种,表明植物萜烯类物质的排放速率因树种不同而具有显著差异。植物单萜的释放量与其在植物组织中的含量呈线性正相关,虽然植物都含有甲羟戊酸途径和产生单萜的前体牻牛儿基焦磷酸(geranylpyrophosphate,GPP),但单萜的绝对含量在植物之间仍有较大的变化,进而导致BVOCs的释放速率具有显著差异。Padhy等观测了印度地区热带植物的BVOCs排放速率,发现并非所有植物均释放异戊二烯及单萜,与此同时,梁宝生等采用流动式采样与气象色谱-质谱联用法研究了意大利撒丁岛自然生态区主要灌木树种的排放速率,在标准状况下(温度30℃,光合有效辐射1000µmol·m-2·s-1),腓尼基桧,黄连本,Phillyreaangustifilia,欧洲矮棕的BVOCs排放速率分别为0.15、2.10、0.20和1.87µg·(g·h)-1。植物的异戊二烯排放潜力差异很大,且不稳定,认为植物的叶龄,立地环境等均会影响其排放潜力。树木异戊二烯释放率分为3组:高释放树种,仅有辽东栎1种;中等释放树种,白蜡、五角枫、胡枝子、溲蔬、绣线菊;低释放或不释放树种,桦树、椴木、核桃秋、六道木。栎树异戊二烯释放率相对处于较高水平,但其立地环境和植物种源都对其释放率有影响。虽然目前已有大量关于不同树种BVOCs排放潜力的报道,但是由于研究者采用的取样方法、测试技术及所选取实验树种的生长环境及树龄均存在差异,所以,以此为基础建立的BVOCs模型仍具有很大的不确定性。综上所述,不同树种排放的BVOCs组成明显不同,银杏及蒙古栎等阔叶树主