内蒙古河套灌区春小麦生物源挥发性有机物排放量的研究

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最近我国北方地区由臭氧引起的区域性环境污染越来越严重。生物源挥发性有机物(Biogenic Volatile Organic Compound,BVOC)为区域环境臭氧形成的重要前驱物之一。欲控制我国北方地区臭氧污染有必要明确内蒙古高原生态系统BVOC排放量对区域环境臭氧污染影响。内蒙古高原草原生态系统及森林生态系统BVOC排放量的研究较多,但农田生态系统BVOC排放量及排放规律方面的研究甚少。农田生态系统为内蒙古高原生态系统BVOC排放量的不可或缺部分。为揭示内蒙古河套灌区春小麦BVOC排放量及其排放规律,完善内蒙古高原BVOC排放量数据库及丰富我国农田类植物BVOC的基础排放数据库,本研究采用动态箱采样技术和全自动热脱附解吸-气相色谱质谱联仪(ATD-GC/MS)分析方法,对河套灌区16种春小麦排放BVOC进行了研究,同时记录温度、湿度和光合有效辐射(PAR,photosynthetically active radiation)等参数。于2020年9月通过砂壤土和壤土两种土壤培育盆栽实验验证了研究可行性,结果表明:(1)生长于砂壤土和壤土两种土壤环境中的小麦均排放了异戊二烯、α-蒎烯、β-月桂烯、β-蒎烯、3-蒈烯、对伞花烃、柠檬烯、γ-萜品烯、罗勒烯、崁烯、苯、甲苯、乙基苯、对-二甲苯、间-二甲苯和邻-二甲苯等16种BVOC。(2)砂壤土和壤土培育小麦主要排放α-蒎烯、甲苯和异戊二烯,其排放量分别为(4.76~33.42)、(5.61~31.67)、(4.01~24.19)ng/(g·h)和(7.28~46.61)、(4.05~33.13)、(3.07~26.32)ng/(g·h);盆栽小麦生长期BVOC排放量高于成熟期。在盆栽实验的基础上,于2021年5月至7月,以内蒙古河套灌区杭锦后旗、临河区、乌拉特前旗和乌拉特中旗春小麦为研究对象进行了野外实验,结果表明:(3)河套灌区春小麦排放异戊二烯、α-蒎烯、β-月桂烯、β-蒎烯、3-蒈烯、对伞花烃、柠檬烯、γ-萜品烯、罗勒烯、崁烯、苯、甲苯、乙基苯、对-二甲苯、间-二甲苯和邻-二甲苯等16种BVOC。(4)河套灌区春小麦主要排放甲苯、异戊二烯和α-蒎烯,其排放量分别为(4.03~42.51)、(0.67~17.89)和(0.88~7.28)ng/(g·h);总BVOC排放量为(10.76~116.81)ng/(g·h),苯系物排放量最多,其次为单萜烯、异戊二烯,排放量分别为(7.35~76.66)、(1.93~21.82)和(0.67~17.89)ng/(g·h)。(5)河套灌区春小麦不同生长期BVOC排放量由高到低为衰老期、生长期、成熟期,排放量分别为(2.08~187.73)、(15.13~129.72)和(11.88~92.44)ng/(g·h)。衰老期和生长期异戊二烯和单萜烯排放量多于成熟期,苯系物衰老期排放量多于生长期和成熟期。(6)研究期间河套灌区春小麦主要排放物异戊二烯、单萜烯和苯系物排放量与环境温度、光强度呈指数函数关系,其温度依存性系数R~2为0.6777~0.9462,光强度依存性系数R~2为0.8618~0.9370,河套灌区春小麦BVOC排放量,在一定环境温度和光强度范围内随着环境温度、光强度上升而上升,呈现很强温度和PAR依存性。(7)河套灌区春小麦不同生长期BVOC标准状态(T=303K,PAR=1000μmol/(m~2·s))下的排放量有所不同,依次为衰老期(127.57±37.79)ng/(g·h)>生长期(74.81±12.25)ng/(g·h)>成熟期(42.23±10.86)ng/(g·h)。本研究结果将为内蒙古高原生态系统BVOC排放量对区域环境臭氧污染影响研究及完善农田生态系统BVOC排放清单以及研究农田生态系统BVOC排放量时空分布特征提供科学数据。
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