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环境中挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)来源有生物源和人为源两种。从全球范围来看,生物源的挥发性有机化合物(Biogenic VOCs,BVOCs)排放远远超过了人为源的排放。其中,BVOCs中以异戊二烯、单萜烯的排放为主。由于它们高度的反应活性,在对流层臭氧化学、光化学过程中具有重要作用;它们对大气组分及其变化、大气中的化学和光化学过程、气候以及气候变化等方面都具有不同程度的影响。由于受仪器设备、采样技术及分析手段等方面的制约,我国对BVOCs的研究相对滞后,还处于起步阶段。因此,加强对植物排放VOCs采样技术、分析方法以及排放规律的研究对研究大气环境和气候变化的影响和贡献,甚至对城市树种的选择都是十分重要的。
本论文针对实验室以及野外实验的不同要求,建立了BVOCs的快速分析方法,实验室模拟研究了各种因素对植物BVOCs排放的规律,同时,在野外现场研究了香港七种典型树种的BVOCs的排放情况、变化规律及其影响因素,具体结果如下:
1)设计并制作了两套植物排放BVOCs样品采集装置,建立了BVOCs的动态顶空-固相微萃取-气相色谱联用分析技术(Dynamic head space-solid phase mieroextraction-GC/MS)。通过对植物枝干密封容器、密封、采样及解吸时间等实验条件的优化,对所选植物所排放的9种常见的BVOCs进行了活体检测。该方法将采样、进样、分析融为一体,简单易行,完全适合于植物挥发BVOCs的活体检测研究;
2)实验室模拟研究结果表明,异戊二烯以及单萜类的排放速率均随光照强度的增加而增加,相对而言,异戊二烯的排放受光照强度的影响要大于单萜类;当环境温度低于30℃时,异戊二烯以及单萜类的排放速率随温度的上升而增加;但当环境温度温度低于10℃时,植物停止了单萜类的排放。当温度大于30℃时,异戊二烯排放速率下降,而单萜类排放速率趋于稳定;
3)现场两类主要的BVOCs排放日变化研究发现,异戊二烯及单萜类α-蒎烯的日间排放规律基本一致,9:00至13:00两者排放速率不断上升,13:00时达到最高值,之后不断下降,到18:00降至最低;
4)香港的7种典型树种中,除木棉树仅排放少量异戊二烯之外,其余6种均不程度地排放异戊二烯和及各种单萜类化合物。7种树种的总BVOCs挥发速率中,最大的是凤凰木(19.80 μg·g-1·h-1),其次是洋紫荆和黄牛木(18.70 μg·g-1·h-1),最小的是圆叶豺皮樟和木棉(分别为0.305和0.237 μg·g-1·h-1);
5)凤凰木、洋紫荆和黄牛木是异戊二烯排放率最高的3种树种,其中凤凰木最高,平均排放速率为18.89 μg·g-1·h-1,属于植物异戊二烯标准排放率分类中的中等水平;单萜类总排放速率最高的是大头茶(1.69 1.μg·-1·h-1),属于植物单萜类标准排放率分类中的中级水平,其中,β-蒎烯和L,inalool两种单萜类化合物的排放率分别为0.916与0.774μg·g-1·h-1;凤凰木的α-蒎烯排放率最大(0.9121μg·g·-1·h-1),其次是洋紫荆(0.742 μg·g-1·h-1),都属于植物单萜类标准排放率分类中的低级水平;
6)现场温度和光照强度对野外植物挥发BVOCs的影响的研究结果与温室中实验结论基本一致。即,植物排放异戊二烯和单萜类化合物的速率均随着温度及光照强度的上升而增加,其中光照强度对异戊二烯排放率的影响较温度的影响明显,而温度对单萜类排放率的影响较光照的影响明显;相对湿度是影响植物异戊二烯排放速率的另一因素,随着相对湿度的增加,植物排放异戊二烯的速率有所下降,但相对湿度与植物排放单萜类速率没有明显的关系。