草原生态系统生物源挥发性有机物排放通量的环境影响因素研究 ——以呼伦贝尔草原为例

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lw8312188
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生物源挥发性有机物(Biogenic Volatile Organic Compounds,BVOCs)具有较高的反应活性,是形成臭氧及二次有机气溶胶的重要前驱物质。目前,草原生态系统排放BVOC排放规律及其环境影响因素方面的研究甚少。为完善草原生态系统BVOCs排放清单,建立草原生态系统BVOCs估算模型,揭示草原生态系统BVOCs排放规律及其环境影响因子,本文于2019年7月-2020年8月,选择呼伦贝尔陈巴尔虎草原、鄂温克草原和额尔古纳草原为研究场所;选择羊草(Leymus chinensis)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、黄花苜蓿(Medicago falcate)、冷蒿(Artemisia frigida Willd.)、麻叶荨麻(Urtica cannabina)、马蔺(Iris lactea Pall)、糙隐子(Cleistogenes squarrosa)、黄蒿(Artemisiascoparia Waldst)、狭叶青蒿(Artemisia dacunculus)和杂草等10种草种为研究对象,采用动态采样箱采样技术对其排放的BVOCs进行采集,使用热脱附解吸-GC/MS对所采集的样品进行定性定量分析,同时记录采样期间采样地温度、光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)和湿度等环境影响因子。以G95模型为基础,改进经验常数的取值,推定不同草种BVOCs标准排放通量;结合实测数据与模型估算数据,分析不同草种BVOCs排放通量与环境影响因子的关系,结论如下:(1)定性分析结果表明,草种排放BVOCs成分包括异戊二烯、α-蒎烯、莰烯、β-蒎烯、β-月桂烯、α-水芹烯、3-蒈烯、α-萜品烯、对伞花烃、柠檬烯、罗勒烯、γ-萜品烯和萜品油烯、苯、甲苯、乙苯、对-二甲苯、间-二甲苯和邻-二甲苯等19种。(2)呼伦贝尔草原羊草、贝加尔针茅、黄花苜蓿、冷蒿、麻叶荨麻、马蔺、糙隐子、黄蒿、狭叶青蒿和杂草等10种草种排放异戊二烯排放通量依次为(1.10~282.30)、(0.17~317.39)、(26.39~1259.73)、(5.59~54.48)、(36.50~8553.00)、(2.40~56.72)、(42.46~432.71)、(0.20-6.07)、(0.63~8.61)和(11.37-90.19)μg/(gdw·h);其单萜烯类排放通量依次为(0.77~263.59)、(1.73~172.57)、(0.01~757.27)、(12.43~100.73)、(2.20~66.87)、(1.33~24.16)、(8.04~54.24)、(11.58~30.15)、(6.84~47.86)和0.32~80.59μg/(gdw·h)。(3)草种排放BVOCs的主要组分与其所属种属相关,菊科蒿属草种以单萜烯类化合物为主;禾本科、豆科等草种以异戊二烯为主。(4)草种BVOCs排放通量实测数据与G95模型拟合确定的最佳的经验常数分别为α=0.039,1=0.0033,β=0.05,使用修订后的模型推定了羊草、贝加尔针茅、黄花苜蓿、冷蒿、麻叶荨麻、马蔺、糙隐子、黄蒿、狭叶青蒿和杂草等排放BVOCs标准状态(30℃,1000μmol/(m~2·s))下的排放通量,其异戊二烯标准排放量依次为50.37μg/(gdw?h)、97.32μg/(gdw?h)、540.40μg/(gdw?h)、119.98μg/(gdw?h)、3699.61μg/(gdw?h)、35.69μg/(gdw?h)、242.10μg/(gdw?h)、1.35μg/gdw?h)、8.90μg/(gdw?h)和327.63μg/(gdw?h);单萜烯类标准排放通量依次为78.18μg/(gdw?h)、21.01μg/(gdw?h)、80.09μg/(gdw?h)、60.17μg/(gdw?h)、32.76μg/(gdw?h)、13.67μg/(gdw?h)、16.19μg/(gdw?h)、14.18μg/(gdw?h)、17.49μg/(gdw?h)和59.01μg/(gdw?h)。(5)草种BVOC排放通量与环境因素相关性分析表明,草种BVOCs排放通量与温度和PAR呈正相关,与湿度呈负相关;异戊二烯的主要影响因素为PAR,单萜烯类化合物的主要影响因素为温度。(6)羊草排放异戊二烯、α-蒎烯排放通量与温度、PAR和湿度的拟合方程分别为:y=γiso(-0.6357x~2+405.74x–64660)(R2=0.4183)、y=δiso(12.449ln(x)-48.712)(R2=0.0361)和y=ε(-58.26ln(x)+302.77)(R2=0.1687);y=γmon(-0.0483x~2+30.327x-4745.6)(R2=0.2603)和y=δmon(13.688ln(x)-84.089)(R2=0.3374)。贝加尔针茅异排放戊二烯、单萜烯排放通量与温度、PAR和湿度的拟合方程分别为:y=γiso(-0.4905x~2+310.82x–49152)(R2=0.5145)、y=δiso(36.642ln(x)-126.33)(R2=0.2031)和y=ε(-65.51ln(x)+335.81)(R2=0.2075);y=γmon(-0.0515x~2+31.2x-4694.5)(R2=0.3567)和y=δmon(34.013ln(x)-219.53)(R2=0.114)。黄花苜蓿排放异戊二烯、单萜烯排放通量与温度和PAR的拟合方程分别为:y=γiso(0.367x~2-200.48x+27230)(R2=0.601)和y=δiso(18.031ln(x)-25.525)(R2=0.0117);y=γmon(0.5755x~2-348.42x+52789)(R2=0.5461)和y=δmon(54.532ln(x)-281.04)(R2=0.1817)。(7)不同草种BVOCs排放通量与温度、PAR和湿度拟合方程中γ、δ和ε分别为温度、PAR和湿度对应的排放通量季节变化系数;温度对应的排放通量季节变化系数γ的取值范围为:采样时间1~4月份及11~12月份为γiso=0.00,γmon=0.00;5月份为γiso=0.54,γmon=0.43;6月份为γiso=0.86,γmon=0.77;7~8月份为γiso=1.00,γmon=1.00;9月份为γiso=0.58,γmon=0.51;10月份为γiso=0.36,γmon=0.23。PAR对应的排放通量季节变化系数δ的取值范围分别为:采样时间为1~4月份以及11~12月份为δiso=0.00,δmon=0.00;5月份为δiso=0.33,δmon=0.62;6月份为δiso=0.56,δmon=0.65;7~8月份为δiso=1.00,δmon=1.00;9月份为δiso=0.46,δmon=0.76;10月份为δiso=0.12,δmon=0.34。湿度对应的排放量通季节变化系数ε的取值范围为:采样时间为1~4月份以及11~12月份为ε=0.00,5月份为ε=0.89,6月份为ε=0.93,7~8月份为ε=1.00,9月份为ε=0.84,10月份为ε=0.56。本研究结果将为研究草原生态系统BVOCs排放通量时空分布特征以及建立草原生态系统BVOCs预测模型提供科学数据。
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