留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

毛竹林挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系

陶士杰 宋艳冬 吴沁娇 王丽 周如意 吴电 周宇峰 周国模

陶士杰, 宋艳冬, 吴沁娇, 王丽, 周如意, 吴电, 周宇峰, 周国模. 毛竹林挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
引用本文: 陶士杰, 宋艳冬, 吴沁娇, 王丽, 周如意, 吴电, 周宇峰, 周国模. 毛竹林挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
TAO Shijie, SONG Yandong, WU Qinjiao, WANG Li, ZHOU Ruyi, WU Dian, ZHOU Yufeng, ZHOU Guomo. Characteristics of volatile organic compounds release in Phyllostachys edulis forests and their relationship with environmental factors[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
Citation: TAO Shijie, SONG Yandong, WU Qinjiao, WANG Li, ZHOU Ruyi, WU Dian, ZHOU Yufeng, ZHOU Guomo. Characteristics of volatile organic compounds release in Phyllostachys edulis forests and their relationship with environmental factors[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249

毛竹林挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
基金项目: 浙江省重点研发计划项目(2021C02005);浙江省生态环境科研和成果推广项目 (2021HT0057)
详细信息
    作者简介: 陶士杰(ORCID: 0009-0006-0806-5898),从事森林康养研究。E-mail: 845418963@qq.com
    通信作者: 宋艳冬(ORCID: 000-0001-9158-9591),助理研究员,从事森林康养研究。E-mail: 1251707621@qq.com。; 周国模(ORCID: 0000-0003-4204-1129),教授,博士,博士生导师,从事森林康养、全球气候变化与森林碳汇等研究。E-mail: zhougm@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.3;Q946

Characteristics of volatile organic compounds release in Phyllostachys edulis forests and their relationship with environmental factors

  • 摘要:   目的  了解毛竹Phyllostachys edulis林内挥发性有机化合物(VOCs)的季节动态变化以及日变化规律,并分析各环境因子对其VOCs摩尔分数变化的影响。  方法  采用吸附管富集采样与气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)测定浙江省绍兴市诸暨五泄景区中毛竹林内VOCs成分,分析其变化规律,并结合环境气象监测站数据,分析VOCs摩尔分数与各环境因子的相关性。  结果  ①在毛竹林检测出多种物质,主要为烷类、萜烯类、芳香烃类、酯类、醇类和酮类共6类,萜烯类摩尔分数最大,为7.249 nmol·mol−1,其中又以组分异戊二烯为主,约占萜烯类的80%。②从季节变化来看,总VOCs摩尔分数在夏季最大,为10.600 nmol·mol−1;其次为春季和秋季,分别为8.068 和7.254 nmol·mol−1;冬季最小,仅为4.432 nmol·mol−1,且各类主要VOCs的季节变化趋势与总VOCs相同。③从日变化来看,在春季总VOCs摩尔分数在上午最大,为9.074 nmol·mol−1,其次为中午,为8.621 nmol·mol−1,下午时段最小,为6.509 nmol·mol−1;在夏季、秋季和冬季,总VOCs摩尔分数均在中午最大,分别为11.710、8.038和5.298 nmol·mol−1,下午最小,分别为8.455、5.702和3.418 nmol·mol−1。各类主要VOCs的日变化趋势与总VOCs相同,均为上午和中午时段摩尔分数较大。④VOCs与各环境因子都存在相关性,其中萜烯类、烷类、酯类和总VOCs与气温呈显著正相关(P<0.05),与细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)和臭氧呈显著负相关(P<0.05)。  结论  在不同季节和时段,毛竹林VOCs种类和摩尔分数不同,其中异戊二烯是决定毛竹林VOCs动态变化的主要物质。图3表2参42
  • 图  1  不同季节毛竹林总VOCs摩尔分数

    Figure  1  Total concentration of VOCs in a Ph. edulis forest in different seasons

    图  2  不同季节毛竹林各类VOCs组分所占比例

    Figure  2  Relative content of concentration of various VOCs components in a Ph. edulis forests in different seasons

    图  3  毛竹林VOCs与各环境因子相关性

    Figure  3  Correlation between VOCs and various environmental factors in a Ph. edulis forest

    表  1  毛竹林VOCs组分及摩尔分数

    Table  1.   VOCs fraction and concentration in a Ph. edulis forest

    化合物种类化合物分子式摩尔分数/(nmol·mol−1)
    春季夏季秋季冬季
    烷类   2-甲基戊烷 C6H14 0.086±0.023 0.124±0.051 0.094±0.049 0.081±0.071
    1,2-二氯乙烷 C2H4Cl2 0.059±0.025 0.113±0.153 0.134±0.063 0.250±0.084
    2-甲基己烷 C7H16 0.040±0.010 0.110±0.048 0.083±0.027
    3-甲基己烷 C7H16 0.050±0.015 0.137±0.121 0.090±0.036 0.117±0.036
    1,2-二氯丙烷 C3H6Cl2 0.070±0.066 0.230±0.049 0.236±0.106 0.238±0.082
    正戊烷 C5H12 0.078±0.041 0.331±0.070 0.120±0.058 0.187±0.060
    甲基环己烷 C7H14 0.045±0.012 0.162±0.043 0.061±0.016 0.094±0.022
    2-甲基庚烷 C8H18 0.033±0.009 0.025±0.000
    3-甲基庚烷 C8H18 0.278±0.151 0.183±0.064 0.351±0.219
    正辛烷 C8H18 0.073±0.029 0.313±0.074 0.212±0.094 0.196±0.124
    正壬烷 C9H20 0.036±0.016 0.062±0.021 0.050±0.009
    正癸烷 C10H22 0.178±0.077 0.256±0.142 0.213±0.071
    十一烷 C11H24 0.197±0.073
    2-甲基癸烷 C11H24 0.204±0.109 0.152±0.080
    十二烷 C12H26 0.264±0.091 0.198±0.070
    4-甲基癸烷 C11H24 0.128±0.046
    十三烷 C13H28 0.192±0.019 0.162±0.091
    十四烷 C14H30 0.149±0.035
    萜烯类  异戊二烯 C5H8 2.952±0.709 4.370±1.173 2.399±0.611 1.242±0.336
    α-蒎烯 C10H16 0.173±0.046 0.325±0.086 0.288±0.124 0.238±0.079
    柠檬烯 C10H16 0.070±0.012 0.116±0.083 0.109±0.069
    桉叶油醇 C10H18O 0.049±0.017 0.204±0.114
    3-蒈烯 C10H16 0.046±0.018 0.231±0.116 0.262±0.238
    月桂烯 C10H16 0.013±0.000
    左旋-beta-蒎烯 C10H16 0.159±0.075 0.171±0.103 0.081±0.028
    萜品油烯 C10H16 0.156±0.092 0.097±0.032
    β-pinene C10H16 0.119±0.041 0.197±0.095 0.250±0.169 0.184±0.078
    莰烯 C10H16 0.174±0.098 0.153±0.071 0.194±0.107 0.092±0.050
    薄荷脑 C10H20O 0.323±0.128 0.113±0.052
    芳香烃类 C6H6 0.180±0.042 0.144±0.079 0.302±0.092 0.136±0.045
    甲苯 C7H8 0.250±0.093 0.169±0.030 0.194±0.067 0.190±0.051
    乙苯 C8H10 0.075±0.031 0.121±0.059 0.233±0.055 0.209±0.046
    1, 2-二甲苯 C8H10 0.067±0.038 0.114±0.073 0.140±0.057 0.178±0.050
    苯乙烯 C8H8 0.109±0.059 0.062±0.033
    1, 3-二甲苯 C8H10 0.110±0.072 0.104±0.039 0.174±0.071 0.236±0.065
    叔丁基苯 C10H14 0.064±0.000
    酯类   乙酸乙酯 C4H8O2 0.362±0.138 0.147±0.084
    乙酸丙酯 C5H10O2 0.155±0.025 0.213±0.082 0.262±0.098
    乙酸正丁酯 C6H12O2 0.046±0.006 0.184±0.032 0.128±0.039 0.154±0.041
    乙酸异丁酯 C6H12O2 0.053±0.003 0.284±0.076 0.235±0.068 0.224±0.088
    乙酸戊酯 C7H14O2 0.195±0.107 0.169±0.060
    醇类   1-庚醇 C7H16O 0.107±0.034 0.072±0.031 0.132±0.037
    异丙醇 C3H8O 0.182±0.146 0.140±0.073
    2-乙基己醇 C8H18O 0.109±0.043 0.077±0.023 0.127±0.138 0.070±0.027
    1-十一醇 C11H24O 0.144±0.057 0.414±0.086 0.182±0.076
    1-癸醇 C10H22O 0.102±0.028 0.376±0.349 0.192±0.111
    酮类   2-丁酮 C4H8O 0.180±0.059 0.188±0.053 0.155±0.071 0.132±0.097
    2-甲基环己酮 C7H12O 0.073±0.036 0.097±0.033 0.093±0.093 0.067±0.014
    环己酮 C6H10O 0.060±0.021 0.068±0.000
    二异丁基酮 C9H18O 0.193±0.094 0.109±0.069
    2-十一酮 C11H22O 0.128±0.000 0.181±0.000 0.132±0.141
      说明:-表示未检出该物质。
    下载: 导出CSV

    表  2  毛竹林各季节各时段VOCs摩尔分数

    Table  2.   Concentration of VOCs in a Ph. edulis forest by season and time

    季节 时段各VOCs组分及总VOCs摩尔分数/(nmol·mol-1)
    异戊二烯烷类单萜类芳香烃类酯类醇类酮类总VOCs
    春季上午2.838±0.3962.438±0.7391.043±0.3240.937±0.3350.991±0.2810.604±0.1790.223±0.0719.074±2.325
    中午3.806±0.3512.198±0.4441.102±0.3850.600±0.1340.483±0.1560.156±0.0570.276±0.1078.621±1.633
    下午2.301±0.3371.798±0.5400.757±0.1810.502±0.0990.544±0.2040.214±0.0780.394±0.1026.509±1.541
    夏季上午3.841±0.6703.084±0.6581.546±0.3740.592±0.1881.158±0.2120.972±0.4710.441±0.09111.634±2.663
    中午5.690±0.5892.366±0.6181.559±0.5620.661±0.3071.037±0.3400.186±0.0490.210±0.06711.710±2.533
    下午3.316±0.3031.521±0.4921.696±0.8030.674±0.1380.876±0.2560.199±0.0590.174±0.0278.455±2.077
    秋季上午2.354±0.0511.409±0.6601.264±0.8151.114±0.3800.659±0.1980.786±0.3390.439±0.2048.024±2.646
    中午3.161±0.1031.709±0.8570.702±0.3851.036±0.2220.341±0.1120.541±0.3840.549±0.3458.038±2.410
    下午1.834±0.4691.397±0.5250.800±0.4620.980±0.2970.351±0.1050.239±0.0560.101±0.0245.702±1.938
    冬季上午1.194±0.1301.118±0.4410.651±0.2511.032±0.1690.331±0.1820.054±0.0140.201±0.0574.580±1.243
    中午1.540±0.2181.274±0.4630.815±0.2620.962±0.0910.378±0.0380.074±0.0170.254±0.1295.298±1.219
    下午0.843±0.2680.723±0.2090.314±0.0570.587±0.0560.418±0.1150.211±0.0750.322±0.1743.418±0.955
    下载: 导出CSV
  • [1] GUENTHER A, HEWITT C N, ERICKSON D, et al. A global model of natural volatile organic compound emissions [J]. Journal of Geophysical Research, 1995, 100(D5): 8873 − 8892.
    [2] DUDAREVA N, KLEMPIEN A, MUHLEMANN J K, et al. Biosynthesis, function and metabolic engineering of plant volatile organic compounds [J]. New Phytologist, 2013, 198(1): 16 − 32.
    [3] OKUMURA M, KOSUGI Y, TANI A. Biogenic volatile organic compound emissions from bamboo species in Japan [J]. Journal of Agricultural Meteorology, 2018, 74(1): 40 − 44.
    [4] LUN Xiaoxiu, LIN Ying, CHAI Fahe, et al. Reviews of emission of biogenic volatile organic compounds(BVOCs) in Asia [J]. Journal of Environmental Sciences, 2020, 95(9): 266 − 277.
    [5] YUAN Yali, SUN Zhihong, KANNASTE A, et al. Isoprenoid and aromatic compound emissions in relation to leaf structure, plant growth form and species ecology in 45 East-Asian urban subtropical woody species [J/OL]. Urban Forestry & Urban Greening, 2020, 53: 126705[2023-03-11]. doi: 10.1016/j.ufug.2020.126705.
    [6] ANTONELLI M, DONELLI D, BARBIERI G, et al. Forest volatile organic compounds and their effects on human health: a state-of-the-art review [J]. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2020, 17(18): 6506 − 6541.
    [7] 国家林业和草原局. 中国森林资源报告[M]. 北京: 中国林业出版社, 2019.

    National Forestry and Grassland Administration. Forest Resources Report of China [M]. Beijing: China Forestry Publishing House, 2019.
    [8] 吴建国, 徐天莹, 崔克强, 等. 未来气候变化对武夷山自然保护区毛竹异戊二烯排放速率的影响[J]. 环境科学学报, 2018, 38(4): 1653 − 1664.

    WU Jianguo, XU Tianying, CUI Keqiang, et al. Effects of climate change on isoprene emission rate from leaves of Phyllostachys pubescens distributed in Wuyi Nature Reserve [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2018, 38(4): 1653 − 1664.
    [9] CHANG Tingwei, KUME T, OKUMURA M, et al. Characteristics of isoprene emission from moso bamboo leaves in a forest in central Taiwan [J]. Atmospheric Environment, 2019, 211(1): 288 − 295.
    [10] GUO Ming, HU Zhengqing, STRONG P J, et al. Evaluating the environmental health effect of bamboo-derived volatile organic compounds through analysis the metabolic indices of the disorder animal model [J]. Biomedical and Environmental Sciences, 2015, 28(8): 595 − 605.
    [11] 张莉, 白艳莹, 王效科, 等. 浙江省毛竹异戊二烯排放规律及其影响[J]. 生态学报, 2002, 22(8): 1339 − 1344.

    ZHANG Li, BAI Yanying, WANG Xiaoke, et al. Isoprene emission of bamboo and its implication to ozone level in region [J]. Acta Ecologica Sinica, 2002, 22(8): 1339 − 1344.
    [12] SONG Yandong, PENG Chunju, WU Qinjiao, et al. Age effects of moso bamboo on leaf isoprene emission characteristics [J]. Front Plant Science, 2023, 14: 1 − 13.
    [13] CHANG T W, KOSUGI Y, KUME T, et al. Dependance of isoprene emission flux on leaf mass per area of Phyllostachys pubescens (moso bamboo) [J]. Journal of Agricultural Meteorology, 2022, 78(1): 1 − 7.
    [14] 吴沁娇, 宋艳冬, 陶士杰, 等. 丽水白云国家森林公园5种典型林分挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系[J/OL]. 浙江农林大学学报, 2023, 40[2023-07-18]. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220676.

    WU Qinjiao, SONG Yandong, TAO Shijie, et al. VOCs release characteristics of 5 typical stands in Baiyun National Forest Park and their relationship with environmental factors[J/OL]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40[2023-07-18]. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220676.
    [15] 易夏. 浙江省五泄风景名胜区典型植物群落评价[D]. 杭州: 浙江农林大学, 2009.

    YI Xia. Typical Plant Community Evaluation of Wuxie Science Spot in Zhejiang [D]. Hangzhou: Zhejiang A&F University, 2009.
    [16] 吕嘉欣, 王翔, 项亨旺, 等. 毛竹释放挥发物对空气负离子及微生物的影响[J]. 竹子学报, 2020, 39(3): 49 − 57.

    LÜ Jiaxin, WANG Xiang, XIANG Hengwang, et al. Effects of volatile components of Phyllostachys edulis on air negative ion and microorganisms [J]. Journal of Bamboo Research, 2020, 39(3): 49 − 57.
    [17] 林静, 简毅, 骆宗诗, 等. 5种康养植物芬多精成分及含量研究[J]. 四川林业科技, 2018, 39(6): 13 − 19.

    LIN Jing, JIAN Yi, LUO Zongshi, et al. A study of chemical components and contents in the phytoncidere from 5 species of forest health plants [J]. Journal of Sichuan Forestry Science and Technology, 2018, 39(6): 13 − 19.
    [18] 吴敏. 5种杉科植物不同部位的精气成分[J]. 中南林学院学报, 2006, 26(3): 82 − 86.

    WU Min. A study of chemical components in the volatile gas from 5 taxodiaceae species [J]. Journal of Central South Forestry College, 2006, 26(3): 82 − 86.
    [19] 蒋冬月, 李永红. 植物挥发性有机物的研究进展[J]. 黑龙江农业科学, 2011(11): 143 − 149.

    JIANG Dongyue, LI Yonghong. Research advances in volatile organic compounds of plant [J]. Heilongjiang Agricultural Sciences, 2011(11): 143 − 149.
    [20] CHEN Jungang, TANG Jing, YU Xinxiao. Environmental and physiological controls on diurnal and seasonal patterns of biogenic volatile organic compound emissions from five dominant woody species under field conditions [J/OL]. Environmental Pollution, 2020, 259: 113955[2023-03-11]. doi: 10.1016/j.envpol.2020.113955.
    [21] BARREIRA L M F, DUPORTÉ G, RNKK T, et al. Field measurements of biogenic volatile organic compounds in the atmosphere using solid-phase microextraction arrow [J]. Atmospheric Measurement Techniques, 2018, 11(2): 881 − 893.
    [22] 王茜. 福州旗山森林公园毛竹游憩林生态保健功能研究[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2015.

    WANG Qian. Study on Ecological Health Functions of Phyllostachys pubescens Forest in Qishan Mountain of Fuzhou [D]. Beijing: Chinese Academy of Forestry, 2015.
    [23] 李娟, 王成, 彭镇华. 侧柏挥发物变化规律[J]. 东北林业大学学报, 2010, 38(3): 52 − 56.

    LI Juan, WANG Cheng, PENG Zhenhua. A study on the volatile matter changes of Platycladus orientalis [J]. Journal of Northeast Forestry University, 2010, 38(3): 52 − 56.
    [24] 吕嘉欣. 毛竹挥发物对空气负离子及空气微生物的影响[D]. 杭州: 浙江农林大学, 2021.

    LÜ Jiaxin. Effect of Phyllostachys edulis on Negative Air Anion and Microorganism [D]. Hangzhou: Zhejiang A&F University, 2021.
    [25] 徐超, 王海湘, 温国胜, 等. 从生理生态角度解析毛竹爆发式生长的原因[J]. 中南林业科技大学学报, 2018, 38(2): 64 − 69, 82.

    XU Chao, WANG Haixiang, WEN Guosheng, et al. Analysis on the reason of Phyllostachys edulis explosive growth by physiological and ecological [J]. Journal of Central South University of Forestry &Technology, 2018, 38(2): 64 − 69, 82.
    [26] BAI Jianhui, GUENTHER A B, TURNIPSEED A, et al. Seasonal variations in whole-ecosystem BVOC emissions from a subtropical bamboo plantation in China [J]. Atmospheric Environment, 2016, 124: 12 − 21.
    [27] 张莉, 王效科, 欧阳志云, 等. 中国森林生态系统的异戊二烯排放研究[J]. 环境科学, 2003, 24(1): 8 − 15.

    ZHANG Li, WANG Xiaoke, OUYANG Zhiyun, et al. Estimation of isoprene emission from forest ecosystems in China [J]. Environmental Science, 2003, 24(1): 8 − 15.
    [28] 井潇溪. 北京市森林植物挥发性有机物排放研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2020.

    JING Xiaoxi. Study on Biogenic Volatile Organic Compounds Emission from Forest Plants in Beijing[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2020.
    [29] 王新雨, 张宜升, 刘子杨, 等. 全球变暖对植被源异戊二烯排放影响的研究进展[J]. 青岛理工大学学报, 2020, 41(4): 55 − 63.

    WANG Xinyu, ZHANG Yisheng, LIU Ziyang, et al. A review of effects of global warming on biogenic isoprene emission [J]. Journal of Qingdao University of Technology, 2020, 41(4): 55 − 63.
    [30] LI Tao, BAGGESEN N, SECO R, et al. Seasonal and diel patterns of biogenic volatile organic compound fluxes in a subarctic tundra [J/OL]. Atmospheric Environment, 2023, 292(1): 119430[2023-03-11]. doi: 10.1016/j.atmosenv.2022.119430.
    [31] 王志辉, 张树宇, 陆思华, 等. 北京地区植物VOCs排放速率的测定[J]. 环境科学, 2003, 24(2): 7 − 12.

    WANG Zhihui, ZHANG Shuyu, LU Sihua, et al. Screenings of 23 plant species in Beijing for volatile organic compound emissions [J]. Environmental Science, 2003, 24(2): 7 − 12.
    [32] 郭希娟, 田媛. 一品红挥发性有机物释放日变化规律研究[J]. 环境科学与技术, 2012, 35(10): 107 − 111.

    GUO Xijuan, TIAN Yuan. Diurnal variations of volatile organic compounds released from Poinsettia [J]. Environmental Science &Technology, 2012, 35(10): 107 − 111.
    [33] 路通, 田旭平. 圆柏叶挥发性成分夏初的日变化规律[J]. 广西林业科学, 2022, 51(3): 363 − 369.

    LU Tong, TIAN Xuping. Diurnal change rules on volatile organic compounds of Sabina chinensis leaves in early summer [J]. Guangxi Forestry Science, 2022, 51(3): 363 − 369.
    [34] 李海东, 高岩, 金幼菊. 珍珠梅花挥发性物质日动态变化的研究[J]. 内蒙古农业大学学报(自然科学版), 2004, 25(2): 54 − 59.

    LI Haidong, GAO Yan, JIN Youjü. The daily dymamic variances of the VOCs releasing from flower of Sieria kirilowii (Regel) maxim [J]. Journal of Inner Mongolia Agricultural University (Natural Science Edition), 2004, 25(2): 54 − 59.
    [35] 龚旭昇. 典型沉水植物的主要挥发性有机物组成及环境条件对其产生的影响[D]. 武汉: 湖北大学, 2019.

    GONG Xusheng. Major Biogenic Volatile Organic Compounds of Typical Submerged Macrophytes and the Effects of Environmental Factors on These BVOCs Production[D]. Wuhan: Hubei University, 2019.
    [36] 李洪远, 王芳, 熊善高, 等. 植物挥发性有机物的作用与释放影响因素研究进展[J]. 安全与环境学报, 2015, 15(2): 292 − 296.

    LI Hongyuan, WANG Fang, XIONG Shangao, et al. Research review on the role and the influential factors of the biogenic volatile organic compounds [J]. Journal of Safety and Environment, 2015, 15(2): 292 − 296.
    [37] 郭霞. 云南省典型乔木植物挥发性有机物释放规律研究[D]. 昆明: 昆明理工大学, 2012.

    GUO Xia. The Research on Release Regularities of Biogenic Volatile Organic Compounds from the Typical Plants in Yunnan[D]. Kunming: Kunming University of Science and Technology, 2012.
    [38] 任琴, 谢明惠, 张青文, 等. 不同温度、光照对虫害紫茎泽兰挥发物释放的影响[J]. 生态学报, 2010, 30(11): 3080 − 3086.

    REN Qin, XIE Minghui, ZHANG Qingwen, et al. Effect on volatile compounds from damaged Eupatorium adenophorum by different temperature and light [J]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(11): 3080 − 3086.
    [39] MOCHIZUKI T, TAKANASHI S, WADA R, et al. Canopy fluxes of monoterpene, isoprene and isoprene oxidation products in a pine-oak forest [J]. Journal of Agricultural Meteorology, 2020, 76(1): 36 − 43.
    [40] 李莹莹, 李想, 陈建民. 植物释放挥发性有机物(BVOC)向二次有机气溶胶(SOA)转化机制研究[J]. 环境科学, 2011, 32(12): 3588 − 3592.

    LI Yingying, LI Xiang, CHEN Jianmin. Study on transformation mechanism of SOA from biogenic VOC under UV-B condition [J]. Environmental Science, 2011, 32(12): 3588 − 3592.
    [41] 张福珠, 苗鸿, 鲁纯. 落叶阔叶林释放异戊二烯的研究[J]. 环境科学, 1994, 15(1): 1 − 5, 92.

    ZHANG Fuzhu, MIAO Hong, LU Chun. Study on emissions of isoprene from deciduous and broadleaf trees [J]. Environmental Science, 1994, 15(1): 1 − 5, 92.
    [42] 林威, 赵振, 赖金美, 等. 温度和光照对红花檵木和南天竹异戊二烯和单萜烯释放的影响[J]. 环境科学学报, 2019, 39(9): 3126 − 3133.

    LIN Wei, ZHAO Zhen, LAI Jinmei, et al. Effects of temperature and light on isoprene and monoterpene emission from Loropetalum chinense and Nandina domestica [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2019, 39(9): 3126 − 3133.
  • [1] 彭思利, 张鑫, 武仁杰, 蔡延江, 邢玮, 葛之葳, 毛岭峰.  杨树人工林土壤丛枝菌根真菌群落对氮添加的季节性动态响应 . 浙江农林大学学报, 2023, 40(4): 792-800. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220640
    [2] 吴沁娇, 宋艳冬, 陶士杰, 王丽, 周如意, 陈武, 潘心禾, 周宇峰, 周国模.  丽水白云国家森林公园5种典型林分挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系 . 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 930-939. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220676
    [3] 丰睿, 黄成臣, 高寒, 郑慧君, 申亚梅, 罗坤.  后G20时期杭州市挥发性有机物和可吸入颗粒物的特征分析 . 浙江农林大学学报, 2019, 36(4): 810-817. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2019.04.022
    [4] 谢明明, 郭素娟, 宋影, 张丽, 孙慧娟.  板栗细根的空间分布格局及季节动态 . 浙江农林大学学报, 2018, 35(1): 60-67. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.01.008
    [5] 蔡宙霏, 陈雅奇, 许馨露, 王小东, 汪俊宇, 张汝民, 高岩.  4个桂花品种开花进程释放VOCs动态变化分析 . 浙江农林大学学报, 2017, 34(4): 608-619. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.04.006
    [6] 叶钱, 蒋燕锋, 冯家骏, 冯恺俊, 谢彩香, 刘京晶.  多花黄精有效成分与主要环境因子的相关性 . 浙江农林大学学报, 2017, 34(1): 192-196. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.01.026
    [7] 赵赛赛, 汤孟平, 唐思嘉, 张军, 李岚, 庞春梅, 赵明水.  毛竹林分可视化研究 . 浙江农林大学学报, 2016, 33(5): 826-833. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.05.014
    [8] 王琦, 刘华红, 王彬, 张汝民, 高岩.  7种槭树释放挥发性有机化合物组分分析 . 浙江农林大学学报, 2016, 33(3): 524-530. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2016.03.022
    [9] 刘庆, 童森淼, 马建义.  顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法分析竹醋液挥发性化合物 . 浙江农林大学学报, 2014, 31(2): 308-314. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.02.022
    [10] 王琦, 王丹, 张汝民, 高岩.  日本紫藤开花进程中挥发性有机化合物组分与含量的变化 . 浙江农林大学学报, 2014, 31(4): 647-653. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.04.023
    [11] 刘芳, 许改平, 吴兴波, 丁倩倩, 郑洁, 张汝民, 高岩.  干旱-复水处理对迷迭香挥发性有机化合物释放规律的影响 . 浙江农林大学学报, 2014, 31(2): 264-271. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2014.02.015
    [12] 张洁, 郭金星, 张汝忠, 王星星, 张晓玲, 刘琳, 侯平, 张汝民.  东魁杨梅果实储藏期挥发性有机化合物成分的变化 . 浙江农林大学学报, 2012, 29(1): 143-150. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.01.024
    [13] 马楠, 周帅, 林富平, 高岩, 张汝民.  5种绿篱植物挥发性有机化合物成分分析 . 浙江农林大学学报, 2012, 29(1): 137-142. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2012.01.023
    [14] 叶耿平, 刘娟, 姜培坤, 周国模, 吴家森.  集约经营措施对毛竹林生长季土壤呼吸的影响 . 浙江农林大学学报, 2011, 28(1): 18-25. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2011.01.004
    [15] 崔瑞蕊, 杜华强, 周国模, 徐小军, 董德进, 吕玉龙.  近30 a安吉县毛竹林动态遥感监测及碳储量变化 . 浙江农林大学学报, 2011, 28(3): 422-431. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2011.03.012
    [16] 周帅, 马楠, 林富平, 张汝民, 高岩.  樟树花挥发性有机化合物日动态变化分析 . 浙江农林大学学报, 2011, 28(6): 986-991. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2011.06.025
    [17] 蒋宗垲.  福建柏与杉木人工林细根氮磷养分现存量的动态变化 . 浙江农林大学学报, 2007, 24(1): 33-38.
    [18] 王锐萍, 刘强, 彭少麟, 林开豪, 文艳, 薛宁.  尖峰岭不同树种枯落物分解过程中微生物动态 . 浙江农林大学学报, 2006, 23(3): 255-258.
    [19] 高志勤, 傅懋毅.  不同毛竹林土壤碳氮养分的季节变化特征 . 浙江农林大学学报, 2006, 23(3): 248-254.
    [20] 俞益武, 吴家森, 姜培坤, 吴小红.  湖州市不同森林植被枯落物营养元素分析 . 浙江农林大学学报, 2002, 19(2): 153-156.
  • 加载中
  • 链接本文:

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/doi/10.11833/j.issn.2095-0756.20230249

    https://zlxb.zafu.edu.cn/article/zjnldxxb/2023/5/940

图(3) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  312
  • HTML全文浏览量:  55
  • PDF下载量:  30
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-11
  • 修回日期:  2023-07-19
  • 录用日期:  2023-07-23
  • 网络出版日期:  2023-09-26
  • 刊出日期:  2023-09-26

毛竹林挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
    基金项目:  浙江省重点研发计划项目(2021C02005);浙江省生态环境科研和成果推广项目 (2021HT0057)
    作者简介:

    陶士杰(ORCID: 0009-0006-0806-5898),从事森林康养研究。E-mail: 845418963@qq.com

    通信作者: 宋艳冬(ORCID: 000-0001-9158-9591),助理研究员,从事森林康养研究。E-mail: 1251707621@qq.com。; 周国模(ORCID: 0000-0003-4204-1129),教授,博士,博士生导师,从事森林康养、全球气候变化与森林碳汇等研究。E-mail: zhougm@zafu.edu.cn
  • 中图分类号: S718.3;Q946

摘要:   目的  了解毛竹Phyllostachys edulis林内挥发性有机化合物(VOCs)的季节动态变化以及日变化规律,并分析各环境因子对其VOCs摩尔分数变化的影响。  方法  采用吸附管富集采样与气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)测定浙江省绍兴市诸暨五泄景区中毛竹林内VOCs成分,分析其变化规律,并结合环境气象监测站数据,分析VOCs摩尔分数与各环境因子的相关性。  结果  ①在毛竹林检测出多种物质,主要为烷类、萜烯类、芳香烃类、酯类、醇类和酮类共6类,萜烯类摩尔分数最大,为7.249 nmol·mol−1,其中又以组分异戊二烯为主,约占萜烯类的80%。②从季节变化来看,总VOCs摩尔分数在夏季最大,为10.600 nmol·mol−1;其次为春季和秋季,分别为8.068 和7.254 nmol·mol−1;冬季最小,仅为4.432 nmol·mol−1,且各类主要VOCs的季节变化趋势与总VOCs相同。③从日变化来看,在春季总VOCs摩尔分数在上午最大,为9.074 nmol·mol−1,其次为中午,为8.621 nmol·mol−1,下午时段最小,为6.509 nmol·mol−1;在夏季、秋季和冬季,总VOCs摩尔分数均在中午最大,分别为11.710、8.038和5.298 nmol·mol−1,下午最小,分别为8.455、5.702和3.418 nmol·mol−1。各类主要VOCs的日变化趋势与总VOCs相同,均为上午和中午时段摩尔分数较大。④VOCs与各环境因子都存在相关性,其中萜烯类、烷类、酯类和总VOCs与气温呈显著正相关(P<0.05),与细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)和臭氧呈显著负相关(P<0.05)。  结论  在不同季节和时段,毛竹林VOCs种类和摩尔分数不同,其中异戊二烯是决定毛竹林VOCs动态变化的主要物质。图3表2参42

English Abstract

陶士杰, 宋艳冬, 吴沁娇, 王丽, 周如意, 吴电, 周宇峰, 周国模. 毛竹林挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
引用本文: 陶士杰, 宋艳冬, 吴沁娇, 王丽, 周如意, 吴电, 周宇峰, 周国模. 毛竹林挥发性有机化合物释放特征及其与环境因子的关系[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
TAO Shijie, SONG Yandong, WU Qinjiao, WANG Li, ZHOU Ruyi, WU Dian, ZHOU Yufeng, ZHOU Guomo. Characteristics of volatile organic compounds release in Phyllostachys edulis forests and their relationship with environmental factors[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
Citation: TAO Shijie, SONG Yandong, WU Qinjiao, WANG Li, ZHOU Ruyi, WU Dian, ZHOU Yufeng, ZHOU Guomo. Characteristics of volatile organic compounds release in Phyllostachys edulis forests and their relationship with environmental factors[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(5): 940-950. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230249
  • 植物挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs)是一类经植物次生代谢合成并排放到空气中的小分子化合物,其年排放量占全球挥发性有机化合物年排放总量的90%以上[1]。VOCs的成分有3万多种[2],全球的VOCs释放以异戊二烯为主,约占总释放量的50%[3]。一定浓度的VOCs对促进植物生长与繁殖[4],调节气候变化[5],改善人体健康并且预防一些慢性疾病[6]等发挥着重要作用。竹子是一种重要的森林资源,中国第9次森林资源清查结果显示:中国竹资源丰富,竹林面积为641.16万hm2,其中毛竹Phyllostachys edulis林为467.78万hm2,占72.96%[7]。作为异戊二烯释放量较大的笋材两用竹种[89],毛竹具有再生能力强、生长期快、造林周期短、产量高等特点,具有较高的生态经济价值[10]。目前,对毛竹VOCs的研究大多集中在叶片或单株尺度[1113]。张莉等[11]研究指出:毛竹是异戊二烯释放量较大的一种植物,其释放与气温和光照度的变化有着密切的关系;SONG等[12]量化了茎龄对毛竹叶片异戊二烯释放量的影响;CHANG等[13]也证实了除了光照度和气温等外界环境,毛竹的异戊二烯释放量还受到毛竹单位面积叶质量的影响。而基于毛竹林分尺度的VOCs释放特点及其与环境因子的关系研究较少[14],需要进一步研究探索。浙江省绍兴市诸暨五泄景区森林覆盖率达90%以上,天然植被茂密,种类繁多,其中毛竹林面积大,树种均匀度和自然度高,人为干扰小,可作为野外实验的重要场所[15]。本研究选取景区内代表性毛竹林分为研究对象,采集了4个不同季节以及同一季节同一天上午、中午和下午3个时间段的毛竹林内VOCs,分析鉴定其日变化和季节变化规律及其与环境因子的关系,以期为毛竹的进一步开发利用提供理论依据,同时为进一步构建森林VOCs释放特征模型提供数据支持。

    • 样地设置在浙江省绍兴市诸暨五泄景区(27°03′~31°11′N, 118°02′~123°08′E)。该地地处浙东低山丘陵地带,属亚热带季风气候区,气候温和,四季分明,雨量较多,光照充足。年平均气温为16.2 ℃,年平均降水量为1 346.7 mm,年平均降雨日为158.7 d。选取景区内代表性毛竹林分为研究对象:海拔为223.9 m,中坡为140°,平均胸径为11.54 cm,林分密度为3 500株·hm−2,林分面积约为0.87 hm2。该毛竹林2021年为小年,2022年为大年。在林分中心根据5点采样法[16]随机设置5个VOCs采样点(离地面高度1.5 m),每个采样点之间相隔约20 m。

    • 选择晴朗天气,于2021年10月28—30日(秋季),2022年1月11—13日(冬季),2022年5月3—5日(春季),2022年7月20—22日(夏季)的9:00—11:00(上午), 11:30—13:30(中午), 14:00—16:00(下午)3个时段,在5个采样点用不锈钢吸附管(通用型5266,MARKES)对VOCs进行连续采样;便捷式采样仪(北京市劳动保护科学研究所)设置采样流速为150 mL·min−1,每个样品富集18 L空气,每个季度45根样品,共获得180根样品。采样后使用便携式气相色谱-质谱联用仪(GC-MS,EXPEC 3500,杭州谱育科技发展有限公司)吸附管模块对样品进行分析,以获得各季节毛竹林VOCs在3 d内上午、中午和下午3个时段的成分和摩尔分数,计算各季节3 d中各时段的平均值,得出各季节VOCs日变化规律;计算各季节林分VOCs日均摩尔分数,取3 d的平均值,作为各季节VOCs的释放水平,得出VOCs季节摩尔分数变化规律;统计各季节3 d中出现过的所有VOCs种类数量,作为各季节VOCs的释放水平。使用浙江农林大学自主研发的环境气象监测站测定林分内环境因子,气象监测站距离地面高度为2 m,布设于样地中心。测量指标包括气温、相对湿度、光照度、细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、风速、二氧化碳(CO2)。测量时间间隔为1 min,测量数据实时上传到网络平台。

    • 使用质谱仪数据分析软件结合保留时间、峰面积、标准质谱图和美国国家标准与技术研究所(NIST)的标准参考数据库判断组分种类,使用面积归一化外标法计算摩尔分数。外部标准曲线使用物质标准品和色谱级甲醇溶液配置各摩尔分数梯度标准溶液(5、10、20、50 nmol·mol−1)后以便携式气相色谱-质谱联用仪进行定量。根据实测结果和文献研究[1718],确定目标物质并分析其摩尔分数变化,萜烯类物质标样有:叶醇、萜烯醇、3-蒈烯、2-蒎烯、崁烯,其他物质使用臭氧前体混合物(PAMS)气体标样定量。标样之外的单萜摩尔分数使用2-蒎烯的标准曲线公式计算,烷摩尔分数使用3-甲基庚烷标准曲线公式计算,芳香烃摩尔分数使用甲苯的标准曲线公式计算,醇类和其他物质摩尔分数使用叶醇的标准曲线公式计算。每个目标化合物的绝对摩尔分数根据标准曲线计算,目标化合物的峰面积和已知标准摩尔分数间的拟合函数拟合优度均高于0.99。

    • 采用Excel 2016和Origin 2022对数据进行统计并作图,用SPSS 22 统计分析软件对所有试验数据进行单因素方差分析(ANOVA)。

    • 通过吸附管采集的毛竹林内VOCs经GC-MS分析测定,共鉴定出51种化合物(表1),包含烷类18种、萜烯类11种(包括单萜类10种和异戊二烯1种。因毛竹林内异戊二烯摩尔分数较大,本研究将萜烯类分为异戊二烯和单萜类分别进行分析)、芳香烃类7种、酯类5种、醇类5种以及酮类5种,共6类化合物。其中春季化合物数量最多,共鉴定出44种;夏季、秋季次之,均为40种;冬季最少,仅检测到27种化合物。

      表 1  毛竹林VOCs组分及摩尔分数

      Table 1.  VOCs fraction and concentration in a Ph. edulis forest

      化合物种类化合物分子式摩尔分数/(nmol·mol−1)
      春季夏季秋季冬季
      烷类   2-甲基戊烷 C6H14 0.086±0.023 0.124±0.051 0.094±0.049 0.081±0.071
      1,2-二氯乙烷 C2H4Cl2 0.059±0.025 0.113±0.153 0.134±0.063 0.250±0.084
      2-甲基己烷 C7H16 0.040±0.010 0.110±0.048 0.083±0.027
      3-甲基己烷 C7H16 0.050±0.015 0.137±0.121 0.090±0.036 0.117±0.036
      1,2-二氯丙烷 C3H6Cl2 0.070±0.066 0.230±0.049 0.236±0.106 0.238±0.082
      正戊烷 C5H12 0.078±0.041 0.331±0.070 0.120±0.058 0.187±0.060
      甲基环己烷 C7H14 0.045±0.012 0.162±0.043 0.061±0.016 0.094±0.022
      2-甲基庚烷 C8H18 0.033±0.009 0.025±0.000
      3-甲基庚烷 C8H18 0.278±0.151 0.183±0.064 0.351±0.219
      正辛烷 C8H18 0.073±0.029 0.313±0.074 0.212±0.094 0.196±0.124
      正壬烷 C9H20 0.036±0.016 0.062±0.021 0.050±0.009
      正癸烷 C10H22 0.178±0.077 0.256±0.142 0.213±0.071
      十一烷 C11H24 0.197±0.073
      2-甲基癸烷 C11H24 0.204±0.109 0.152±0.080
      十二烷 C12H26 0.264±0.091 0.198±0.070
      4-甲基癸烷 C11H24 0.128±0.046
      十三烷 C13H28 0.192±0.019 0.162±0.091
      十四烷 C14H30 0.149±0.035
      萜烯类  异戊二烯 C5H8 2.952±0.709 4.370±1.173 2.399±0.611 1.242±0.336
      α-蒎烯 C10H16 0.173±0.046 0.325±0.086 0.288±0.124 0.238±0.079
      柠檬烯 C10H16 0.070±0.012 0.116±0.083 0.109±0.069
      桉叶油醇 C10H18O 0.049±0.017 0.204±0.114
      3-蒈烯 C10H16 0.046±0.018 0.231±0.116 0.262±0.238
      月桂烯 C10H16 0.013±0.000
      左旋-beta-蒎烯 C10H16 0.159±0.075 0.171±0.103 0.081±0.028
      萜品油烯 C10H16 0.156±0.092 0.097±0.032
      β-pinene C10H16 0.119±0.041 0.197±0.095 0.250±0.169 0.184±0.078
      莰烯 C10H16 0.174±0.098 0.153±0.071 0.194±0.107 0.092±0.050
      薄荷脑 C10H20O 0.323±0.128 0.113±0.052
      芳香烃类 C6H6 0.180±0.042 0.144±0.079 0.302±0.092 0.136±0.045
      甲苯 C7H8 0.250±0.093 0.169±0.030 0.194±0.067 0.190±0.051
      乙苯 C8H10 0.075±0.031 0.121±0.059 0.233±0.055 0.209±0.046
      1, 2-二甲苯 C8H10 0.067±0.038 0.114±0.073 0.140±0.057 0.178±0.050
      苯乙烯 C8H8 0.109±0.059 0.062±0.033
      1, 3-二甲苯 C8H10 0.110±0.072 0.104±0.039 0.174±0.071 0.236±0.065
      叔丁基苯 C10H14 0.064±0.000
      酯类   乙酸乙酯 C4H8O2 0.362±0.138 0.147±0.084
      乙酸丙酯 C5H10O2 0.155±0.025 0.213±0.082 0.262±0.098
      乙酸正丁酯 C6H12O2 0.046±0.006 0.184±0.032 0.128±0.039 0.154±0.041
      乙酸异丁酯 C6H12O2 0.053±0.003 0.284±0.076 0.235±0.068 0.224±0.088
      乙酸戊酯 C7H14O2 0.195±0.107 0.169±0.060
      醇类   1-庚醇 C7H16O 0.107±0.034 0.072±0.031 0.132±0.037
      异丙醇 C3H8O 0.182±0.146 0.140±0.073
      2-乙基己醇 C8H18O 0.109±0.043 0.077±0.023 0.127±0.138 0.070±0.027
      1-十一醇 C11H24O 0.144±0.057 0.414±0.086 0.182±0.076
      1-癸醇 C10H22O 0.102±0.028 0.376±0.349 0.192±0.111
      酮类   2-丁酮 C4H8O 0.180±0.059 0.188±0.053 0.155±0.071 0.132±0.097
      2-甲基环己酮 C7H12O 0.073±0.036 0.097±0.033 0.093±0.093 0.067±0.014
      环己酮 C6H10O 0.060±0.021 0.068±0.000
      二异丁基酮 C9H18O 0.193±0.094 0.109±0.069
      2-十一酮 C11H22O 0.128±0.000 0.181±0.000 0.132±0.141
        说明:-表示未检出该物质。

      受植物自身生理情况及外界环境因素的影响,毛竹林不同季节各类VOCs成分有所差别,主要成分也不相同。烷类化合物春季主要成分为3-甲基庚烷(0.278 nmol·mol−1)和十二烷(0.264 nmol·mol−1),夏季主要成分为正戊烷(0.331 nmol·mol−1)和正辛烷(0.313 nmol·mol−1),秋季主要成分为三甲基庚烷(0.351 nmol·mol−1),冬季主要成分为1, 2-二氯乙烷(0.250 nmol·mol−1)和1, 2-二氯丙烷(0.238 nmol·mol−1);萜烯类化合物在春、夏、秋、冬四季主要成分均为异戊二烯,分别为2.952、4.370、2.399、1.242 nmol·mol−1;芳香烃类化合物在春、夏两季主要成分均为甲苯,分别为0.250和0.169 nmol·mol−1,秋季主要成分为苯(0.302 nmol·mol−1),冬季主要成分为1,3-二甲苯(0.236 nmol·mol−1);酯类化合物春季主要成分为乙酸乙酯(0.362 nmol·mol−1),秋季主要成分为乙酸丙酯(0.262 nmol·mol−1),夏季和冬季主要成分均为乙酸异丁酯,分别为0.284和0.224 nmol·mol−1;醇类化合物春季主要成分为异丙醇(0.182 nmol·mol−1),夏季主要成分为1-十一醇(0.414 nmol·mol−1)和1-癸醇(0.376 nmol·mol−1),秋季主要成分为1-癸醇(0.192 nmol·mol−1)和1-十一醇(0.182 nmol·mol−1),冬季主要成分为1-庚醇(0.132 nmol·mol−1);酮类化合物春、夏、冬三季主要成分均为2-丁酮,分别为0.180、0.188、0.132 nmol·mol−1,秋季主要成分为二异丁基酮(0.193 nmol·mol−1)。

    • 图1所示:从季节来看,毛竹林总VOCs摩尔分数从高到低依次为夏季、春季、秋季、冬季。夏季检测到的总VOCs摩尔分数最高,为10.600 nmol·mol−1,春季、秋季、冬季分别为8.068、7.254、4.432 nmol·mol−1。夏季总VOCs摩尔分数显著(P<0.05)高于秋季,秋季显著(P<0.05)高于冬季,春季显著高(P<0.05)于冬季;春季与夏季、春季与秋季之间差异不显著。由此可见,不同季节的毛竹林内总VOCs摩尔分数差别较大。

      图  1  不同季节毛竹林总VOCs摩尔分数

      Figure 1.  Total concentration of VOCs in a Ph. edulis forest in different seasons

    • 图2所示:毛竹林内各类VOCs中,萜烯类中的异戊二烯组分在4个季节的占比均最高,占总VOCs比例为26%~40%,其次为烷类,占比为21%~27%,醇类和酮类占比较低,仅为2%~7%。从各类VOCs在4个季节所占比例来看,异戊二烯在夏季所占比例最高,为40.28%,比在春季、秋季和冬季所占的36.93%、33.61%和26.60%分别高3.35%、6.67%和13.68%,夏季所占比例显著(P<0.05)高于冬季,其他季节之间差异不显著;烷类在春季所占比例最高,为26.66%,比冬季、夏季和春季所占的23.20%、21.57%和21.11%分别高3.46%、5.09%和5.55%,但四季间差异不显著;单萜类在夏季所占比例最高,为15.55%,比在冬季、秋季和春季所占的12.93%、12.84%和11.97%分别高2.62%、2.71%和3.58%,且四季之间差异也不显著;芳香烃类在冬季所占比例最高,为19.29%,比在秋季、春季和夏季所占的14.65%、8.33%和6.23%分别高4.64%、10.96%和13.06%,冬季占比显著(P<0.05)高于秋季,而秋季又显著(P<0.05)高于春季和夏季,春季和夏季之间差异不显著。酯类、醇类和酮类占比较低(低于10.00%),在4个季节相差不大,且差异均不显著。由此可见:各类VOCs占总VOCs比例均受季节变化影响,且异戊二烯和芳香烃2类物质受影响较大,不同季节间存在显著差异。毛竹是强异戊二烯释放树种,异戊二烯释放量高于其他各类物质。

      图  2  不同季节毛竹林各类VOCs组分所占比例

      Figure 2.  Relative content of concentration of various VOCs components in a Ph. edulis forests in different seasons

    • 表2所示:春季, 总VOCs摩尔分数在上午达到最高,为9.074 nmol·mol−1,中午次之,为8.621 nmol·mol−1,下午最低,为6.509 nmol·mol−1。毛竹林内各类VOCs摩尔分数全天各时刻以异戊二烯最高,烷类、醇类和酮类较低。在中午,异戊二烯摩尔分数最高可达3.806 nmol·mol−1,占总VOCs的44.00%,上午次之,为2.838 nmol·mol−1,下午最低,为2.301 nmol·mol−1;烷类和单萜类摩尔分数日变化波动较小,且都为上午和中午时段较高,下午较低;芳香烃类摩尔分数日变化趋势与总VOCs日变化相近,从高到低依次为上午、中午、下午;酯类和醇类摩尔分数日变化波动较大,从高到低依次均为上午、下午、中午,且醇类摩尔分数上午约是中午的4倍;酮类摩尔分数从高到低依次表现为下午、中午、上午。

      表 2  毛竹林各季节各时段VOCs摩尔分数

      Table 2.  Concentration of VOCs in a Ph. edulis forest by season and time

      季节 时段各VOCs组分及总VOCs摩尔分数/(nmol·mol-1)
      异戊二烯烷类单萜类芳香烃类酯类醇类酮类总VOCs
      春季上午2.838±0.3962.438±0.7391.043±0.3240.937±0.3350.991±0.2810.604±0.1790.223±0.0719.074±2.325
      中午3.806±0.3512.198±0.4441.102±0.3850.600±0.1340.483±0.1560.156±0.0570.276±0.1078.621±1.633
      下午2.301±0.3371.798±0.5400.757±0.1810.502±0.0990.544±0.2040.214±0.0780.394±0.1026.509±1.541
      夏季上午3.841±0.6703.084±0.6581.546±0.3740.592±0.1881.158±0.2120.972±0.4710.441±0.09111.634±2.663
      中午5.690±0.5892.366±0.6181.559±0.5620.661±0.3071.037±0.3400.186±0.0490.210±0.06711.710±2.533
      下午3.316±0.3031.521±0.4921.696±0.8030.674±0.1380.876±0.2560.199±0.0590.174±0.0278.455±2.077
      秋季上午2.354±0.0511.409±0.6601.264±0.8151.114±0.3800.659±0.1980.786±0.3390.439±0.2048.024±2.646
      中午3.161±0.1031.709±0.8570.702±0.3851.036±0.2220.341±0.1120.541±0.3840.549±0.3458.038±2.410
      下午1.834±0.4691.397±0.5250.800±0.4620.980±0.2970.351±0.1050.239±0.0560.101±0.0245.702±1.938
      冬季上午1.194±0.1301.118±0.4410.651±0.2511.032±0.1690.331±0.1820.054±0.0140.201±0.0574.580±1.243
      中午1.540±0.2181.274±0.4630.815±0.2620.962±0.0910.378±0.0380.074±0.0170.254±0.1295.298±1.219
      下午0.843±0.2680.723±0.2090.314±0.0570.587±0.0560.418±0.1150.211±0.0750.322±0.1743.418±0.955

      夏季, 总VOCs摩尔分数在中午和上午较高,分别为11.710和11.634 nmol·mol−1,下午最低,为8.455 nmol·mol−1。毛竹林内各类VOCs摩尔分数全天各时刻以异戊二烯最高,其次为烷类,酮类较低。在中午,异戊二烯摩尔分数最高可达5.690 nmol·mol−1,约占总VOCs的50.00%,上午次之,为3.841 nmol·mol−1,下午最低,为3.316 nmol·mol−1;烷类、酯类和酮类摩尔分数日变化趋势相同,从高到低依次均为上午、中午、下午;单萜类和芳香烃类摩尔分数日变化波动较小,且均为下午和中午较高,上午较低;醇类摩尔分数日变化波动最大,从高到低依次为上午、下午、中午,且上午的摩尔分数是中午的5倍以上。

      秋季, 总VOCs摩尔分数也体现为在中午和上午较高,分别为8.038和8.024 nmol·mol−1,下午最低,为5.702 nmol·mol−1。毛竹林内各类VOCs摩尔分数全天各时刻以异戊二烯最高,其次为烷类,酯类、醇类和酮类较低。中午时,异戊二烯摩尔分数最高可达3.161 nmol·mol−1,占总VOCs的40.00%,上午次之,为2.354 nmol·mol−1,下午最低,为1.834 nmol·mol−1;烷类和酮类摩尔分数日变化趋势与异戊二烯相同,从高到低依次均为中午、上午、下午;单萜类和酯类摩尔分数日变化趋势相同,从高到低依次均为上午、下午、中午;芳香烃类和醇类摩尔分数日变化趋势相同,从高到低依次为上午、中午、下午。从摩尔分数日变化波动来看,芳香烃类日变化波动最小,酮类最大。

      冬季, 总VOCs摩尔分数在中午达到最高,为5.298 nmol·mol−1,上午次之,为4.580 nmol·mol−1,下午最低,为3.418 nmol·mol−1。毛竹林内各类VOCs摩尔分数全天各时刻以异戊二烯最高,其次为烷类,醇类最低。在中午,异戊二烯摩尔分数最高可达1.540 nmol·mol−1,占总VOCs的30.00%,上午次之,为1.194 nmol·mol−1,下午最低,为0.843 nmol·mol−1;烷类和单萜类摩尔分数日变化趋势与异戊二烯相同,从高到低依次均为中午、上午、下午;芳香烃类摩尔分数从高到低依次为上午、中午、下午;酯类、醇类和酮类摩尔分数日变化趋势相同,从高到低依次均为下午、中午、上午,且酯类日变化波动最小,醇类最大。

      综合毛竹林内的VOCs摩尔分数在春季、夏季、秋季、冬季各时段的变化规律,可以发现:异戊二烯在4个季节的各时段均高于其他各类物质,且在4个季节均呈现出中午最高,上午次之,下午最低的规律。除春季外,其他各季节的总VOCs摩尔分数均呈现出中午最高,上午次之,下午最低的规律,其他各类物质摩尔分数所呈现的日变化规律在各季节有所不同,但总体趋势保持为上午和中午较高,下午较低。各类VOCs摩尔分数的日变化波动范围也较为不同,综合4个季节来看,醇类日变化波动最大,单萜烯和芳香烃日变化波动较小。

    • 图3所示:从四季整体来看,毛竹林内VOCs摩尔分数与各环境因子都有一定的相关性,其中,异戊二烯、总VOCs摩尔分数与环境因子的相关性表现出相似特征,均与气温存在极显著正相关(P<0.001),与PM2.5和PM10极显著负相关(P<0.01),与臭氧呈显著负相关(P<0.05),与其他环境因子相关不显著。烷类摩尔分数与气温存在极显著正相关(P<0.01),与PM2.5和PM10极显著负相关(P<0.01),与其他环境因子相关不显著。单萜类摩尔分数与气温存在极显著正相关(P<0.01),与PM2.5和PM10显著负相关(P<0.05),与臭氧呈极显著负相关(P<0.01),与其他环境因子相关性不显著。芳香烃类摩尔分数与CO2和相对湿度呈显著正相关(P<0.05),和其他环境因子相关性不显著。酯类摩尔分数与气温存在极正显著相关(P<0.01),与PM2.5、PM10和臭氧呈显著负相关(P<0.05),与其他环境因子相关不显著。醇类和酮类摩尔分数在四季均较低,与各环境因子都不存在显著相关。另外,各类VOCs摩尔分数与风速都呈负相关;除芳香烃类和酮类外,其他VOCs摩尔分数都与气温呈正相关,与PM2.5、PM10和臭氧呈负相关。

      图  3  毛竹林VOCs与各环境因子相关性

      Figure 3.  Correlation between VOCs and various environmental factors in a Ph. edulis forest

    • VOCs在自然界中发挥着重要作用,植物释放VOCs不仅与植物本身及所处的生理状态与发育阶段有关,还受外界气温、光照度等环境因素的影响[1921]。由于各类VOCs摩尔分数的日变化和季节变化规律较为不同,毛竹主要释放异戊二烯,且占比较大,因此本研究主要针对异戊二烯和总VOCs摩尔分数日变化和季节变化进行讨论,以此作为毛竹林VOCs释放特征。

      本研究发现:在毛竹林中检测到多种VOCs,主要包括异戊二烯、烷类、单萜类、芳香烃类、酯类、醇类和酮类。这与王茜[22]和李娟等[23]的研究结果相似,但在具体的种类以及量值上存在一定的差异,可能与毛竹林所在的位置等因素有关。不同的位置外源环境也不尽相同,从而导致毛竹林内小气候的差异,一定程度上影响VOCs的合成与释放,使VOCs种类和量值上产生差别[24]。在春季检测到的VOCs数量最多,夏季次之,冬季最少,可能是因为春夏两季为毛竹的快速生长期,毛竹的生理活性强,因此产生的次生代谢产物也更丰富[25]

      本研究还发现:各季节各时段异戊二烯摩尔分数及占总VOCs比例均高于其他各类VOCs,夏季中午最高,为5.690 nmol·mol−1,约占总VOCs的50.00%,也说明毛竹是强异戊二烯释放树种。这也与已有研究结果相符[2627]。从季节变化来看,毛竹林中异戊二烯和总VOCs以及其他各类主要VOCs,如烷类和单萜类化合物摩尔分数在夏季最高,春季次之,冬季最低,在BAI等[26]和井潇溪[28]的研究中也得出类似的结论。夏季气温升高,毛竹叶片内部异戊二烯合成酶的活性增强,增加了异戊二烯释放量[29],同时,毛竹会生成更多的VOCs来保护自身免受因高温引起的氧化应激,以维持细胞膜的完整性和流动性[30]。从日变化来看,除春季总VOCs摩尔分数外,其余各季节异戊二烯和总VOCs摩尔分数均呈现为从上午开始逐渐升高,在中午出现高峰,随后逐渐降低的规律,这也与王志辉等[31]和郭希娟等[32]的研究结果基本吻合,可能是因为VOCs摩尔分数受气温和光照影响较大,上午随气温升高和光照增强,VOCs摩尔分数升高;11:00—13:00,气温和光照达到一天中最大值,VOCs释放的峰值也出现在中午前后,下午开始下降[33]。其他各类VOCs摩尔分数在不同季节的日变化规律较不一致,这可能与不同化合物的分子结构以及受环境因子影响程度不同有关[34]

      复杂的环境因子对VOCs的合成和释放影响巨大[35],如气温、光照度、相对湿度、二氧化碳和臭氧等都是影响VOCs产生和释放的重要因素[36]。本研究发现:毛竹林内VOCs与各环境因子都有一定的相关性,其中,异戊二烯、烷类、单萜类、酯类和总VOCs摩尔分数与气温呈显著正相关,与PM2.5、PM10和臭氧呈显著负相关。郭霞[37]和任琴等[38]也得出了异戊二烯等的释放对气温变化有着高依赖性的结论。VOCs的释放速率随气温的升高而加快,可能主要是气温对酶影响的结果[38]。与PM2.5、PM10以及臭氧呈显著负相关可能是因为萜烯类等易发生光化学反应,形成二次有机气溶胶(secondary organic aerosols, SOA),该物质是PM2.5和PM10的重要组成部分,从而对VOCs摩尔分数产生影响[3940]。而张福珠等[41]和林威等[42]研究指出:植物的异戊二烯释放速率和光照度关系密切,光照是影响异戊二烯释放速率最强的环境因子。但在本研究中并未发现光照度对异戊二烯摩尔分数变化的显著影响,原因可能是环境监测站主要监测林下小气候,监测到的光照度容易受到样地内毛竹的遮挡,无法准确计量,因此,大气环境中的光照度对异戊二烯释放速率的影响还需进一步深入研究。

    • 在毛竹林中检测到的VOCs以烷类、萜烯类、芳香烃类、酯类、醇类和酮类共6类51种化合物为主,其中以萜烯类的异戊二烯释放量最大。各类VOCs摩尔分数在季节动态变化上与总VOCs比较一致,为夏季最大,春季次之,冬季最小。各类VOCs摩尔分数在各季节的日变化趋势不尽相同,但总体上呈现为上午和中午较高,下午较低的规律。毛竹林内VOCs摩尔分数与各环境因子均有一定的相关性,其中主要的几类VOCs与气温呈显著正相关,与PM2.5、PM10和臭氧呈显著负相关。

参考文献 (42)

目录

    /

    返回文章
    返回