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由于挥发性有机物(VOC)对全球大气的物理、化学性质以及人体健康具有非常重要的影响,VOC排放的估算近年来已经成为大气环境领域研究的热点。森林作为全球最重要的VOC排放源,对它的深入研究十分必要。
本研究在系统总结国内外森林源VOC排放研究的基础上,立足于20世纪80年代以来中国开展的5次大规模全国森林资源统计汇总结果,以具体树种为研究对象,利用由蓄积量换算生物量的方法和估算植物VOC排放的光温控制模型,首次从时间序列上模拟研究了20多年来中国森林VOC排放总量及其变化趋势,建立了基于树种水平的中国森林生态系统VOC排放清单,并探讨了森林源VOC在不同时空、不同龄级林分中的分配规律。结果表明:
(1)从1981年到2003年,中国森林VOC排放总量呈现出明显的增长趋势。1981、1988、1993、1998和2003年中国森林VOC的排放总量分别为5.95 Tg、6.46 Tg、7.27 Tg、8.57 Tg和9.74 Tg,平均增长率为13.14%。异戊二烯、单萜烯和其他VOC占中国森林VOC排放总量的比例分别为66%、16%和18%(各时期平均值)。
(2)不同树种的VOC排放量差异较大,栎类、云杉、马尾松、冷杉和杨树是中国森林VOC的主要贡献树种。其中,栎类排放异戊二烯最多,在1981~2003年期间,栎类对中国森林异戊二烯排放量的平均贡献率为53.84%;马尾松排放单萜烯最多,其次是冷杉和云杉,‘这三者单萜烯排放总量在研究的5个时期中均超过了中国森林单萜烯排放总量的一半以上。
(3)我国森林VOC排放主要集中在西南和东北地区。云南、四川和黑龙江三省的森林VOC排放量在5个时期中稳居全国前三,三省排放总量占全国总量的三分之一以上。此外,吉林、陕西、福建和广西省森林的VOC排放量也非常大。西藏、湖北、福建、江西等省份森林VOC排放量在1981~2003年期间增长最为迅速,增长率依次分别为339.48%、164.05%、122.00%和87.35%。
(4)中国森林VOC排放存在非常强的季节性变化,夏季排放量最大,各时期平均来看,夏季排放占全年总量的59.40%。从1月到7月,异戊二烯、单萜烯、其他VOC及总VOC的排放量均不断增加,7月份达到最大值,之后逐月减少。VOC日排放量的变化趋势并非持续性的,而是存在一定的波动和起伏,这种波动主要是由于天气变化引起的。一天中14~15时左右三类VOC的排放量达到高峰。
(5)不同龄级林分对VOC排放的贡献有所不同。综合来看,中龄林对中国森林VOC排放的贡献最多,5个时期分别占森林排放总量的49.85%、39.15%、37.78%、38.84%和35.61%,贡献率呈现出小幅的下降趋势。相反,近熟林的VOC排放量在1988~2003年的期间则表现出明显的增长态势,目前其排放量已经仅次于中龄林排第二。幼龄林、成熟林和过熟林VOC贡献率在各时期的变化没有一致的规律。
(6)中国森林源VOC排放总量小于中国人为源VOC排放总量,约占全球森林源总量的0.89%,占全球天然源总量的0.63%。