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植物作为陆地生态系统中第一生产者,除了在光合作用过程中吸收二氧化碳并释放氧气,维持整个生态系统的平衡。另一方面,植物也会在生理过程中向大气释放出大量挥发性有机化合物VOC(Volatile Organic Compound),如异戊二烯。在生态系统中,植物释放的VOC作为重要的化学信息传递物质,其在缓解人体疲劳、抑菌以及调控昆虫行为等方面均具有重要影响;另外,植物VOC中的相关成分,还具有很强的大气反应活性,在一定的光照等气象条件下,可快速通过参与光化学反应,对大气中的臭氧和二次气溶胶的形成产生重要影响,这会直接或间接影响气候变化与大气质量,且影响程度通常与排放清单量值呈正相关关系。 考虑到城市园林植物与城市生态环境、与人的关系非常紧密,在当前城市环境质量趋于恶化的背景下,随着城市绿化水平与绿化覆盖率的迅速提高,了解园林植物VOC排放清单量值已不容忽视。本研究,以2010年北京城市园林绿地内现存的常绿乔木、落叶乔木、常绿灌木、落叶灌木、草本植物为主要研究对象,遵循从叶片排放,到单株,然后推导群体的基本思路,建立了树种叶面积的回归方程与改进型动态顶空气体吸附方法,测定了22种北京常见园林植物叶片VOC标准排放速率,并最终探索进行了北京园林植物源VOC排放清单量值及在区域体系中的量值贡献比例,为城市大气环境质量控制提供了准确的本底数据与低VOC排放园林植物配置建议,同时还为中国其它城市园林植物VOC排放清单的研究提供了方法指导。主要研究结果如下: 基于数量与出现频率,首先筛选出了2010年北京园林绿化中常见树种有40种:其中,常绿乔木有侧柏、桧柏、油松等;落叶灌木有国槐、银杏、毛白杨等;常绿灌木有大叶黄杨、沙地柏、小叶黄杨等;落叶灌木有连翘、迎春、榆叶梅等。另外,通过2010与2015年的样方数据分析,还得到了2010年大部分树种胸径在10~23cm之间,株高不超过10m,而至2015年,绝大部分乔木树种的规格均又有增加,即使2015园林植物数量保持不变,由于植物自身规格的增长也会导致叶面积的变化及相应VOC排放的增加。 为准确得到22种常见园林植物叶片的VOC标准排放速率,建立了一个改进型动态顶空气体吸附方法,即以合成空气为载气、在可控环境条件下进行植物 VOC气体吸附,该方法避免了背景VOC气体浓度过高的干扰问题。另外,通过常见园林植物叶片VOC标准排放速率的对比发现,如果计划减少园林植物VOC排放,在园林绿化过程中,选择异戊二烯和单萜烯类标准排放速率较低的侧柏、楸树、榆树等是必要的。 从个体的角度,在北京16个城近郊区县中,每个区或县均遵循从叶片排放,到单株,然后推导群体的基本思路,推导出5种植物类型的单株VOC年排放量,再分别乘以植物类型所含的株数,最终累加得到了2010年北京园林植物源VOC年排放总量(涉及16个城近郊区)约为0.97万吨碳,其中异戊二烯年排放量0.49万吨碳(约占总排放的51%),单萜烯类年排放量为0.38万吨碳(约占总排放的39%),其它VOC年排放量为0.10万吨碳(约占总排放的10%)。 关于气象数据空间变异对植物源VOC排放速率的影响,通过蒙特卡罗的不确定性分析方法发现,在随机使用1个站的气温值来代表整个研究区域气温条件,以相对标准差表达的园林植物异戊二烯排放速率不确定性为±155%,单萜烯类与其它VOC的不确定性为±183%。若使用各个城近郊区中所对应的观测站的气温值,则园林植物源异戊二烯排放速率的不确定性将降低28%,而单萜烯类与其它VOC排放速率的不确定性将降低77%。不确定性降低应该与总体气温观测样本数的增加,取值较分散有关。 另外,还从植被的角度,尝试使用中尺度自然气体、气溶胶排放模型MEGAN(Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature),结合遥感解译获取的LAI值与本地化VOC标准排放因子,估算出2010年北京森林植被VOC排放总量为11.86万吨碳,若结合园林植物源VOC排放量,2010年整个北京地区植物源VOC排放总量为12.83万吨碳,园林植物源在北京地区植物总体系中的VOC量值贡献比例为7.5%,未来北京森林植被的发展变化所带来的自然源VOC排放对区域环境的影响值得重点关注。