無錫惠山森林公園香樟林內揮發物成分及其變化研究*

任露潔 王 成 古 琳 張 晶 王曉磊

中國林業科學研究院林業研究所 國家林業局城市林業研究中心 北京 100091

由于植物揮發物在凈化空氣、改善人體心理及生理健康方面的功效［1］，在夏季研究森林公園里香樟林內揮發物的組成及其變化規律，有助于了解林內氣體環境的狀況，特別是具有保健功能的氣體變化情況，從而更加科學地指導游人使用香樟林，發揮其游憩保健功能，提升森林公園的生態服務水平。

1 研究區概況

本研究選擇位于江蘇省無錫市濱湖區的惠山國家森林公園。該公園距市中心3 km，1993年建園，面積為933.33 hm2，現已成為無錫市區內最大的綠地公園。氣候屬北亞熱帶季風氣候、。主要林分是以香樟、三角楓 (Acer buergerianum)、楓香、麻櫟、濕地松、黑松等為主的天然次生林。選擇觀測的香樟林面積為7 000 m2，郁閉度0.85。香樟生長健康，平均樹高15 m，平均胸徑12.6 cm，平均枝下高6.5 m。林下植被有絡石 (Trachelospermum jasminoides(Lindl.)Lem.)、 蕨 類 (Pteridium aquilinum(Linn.)Kuhn var.I)、竹葉草 (Oplismenus compositus(Linn.)Beauv.)等。

2 研究方法

2.1 采樣

在2011年9月2日 (天氣晴好無風)采用開放式采樣。實驗中采樣儀兩兩間隔10 m，并呈“品”字形置于林內，采樣儀的進氣方向與地面保持平行。從當天9∶00時開始到次日7∶00時結束，每隔60分鐘采樣1次 (每次3個重復)，采樣時間為60分鐘，氣體流量為100mL/分鐘，采樣高度約1.5 m。

采樣管為Varian公司生產的TCT采樣管，采樣儀為北京勞動保護所生產的QC－1型大氣采樣儀。

2.2 指標測定

樣品分析采用ATD－GC/MS技術在北京林業大學生物學院分析中心完成。根據質譜檢索系統分析結果，查閱相關化工辭典和科技辭典進行確認及篩選。

相關指標計算方法:1)某揮發物成分出現的頻率=檢測到該物質的樣品管數目/樣品管總數目 (36根樣品管);2)某時間點總揮發物的相對濃度=(該物質峰面積/樣品管中的所有氣體峰面積之和)×100%;3)某氣體成分或某類揮發物的相對濃度=(該物質峰面積/植物總揮發物的面積之和)×100%。

3 結果與分析

3.1 香樟林內的揮發物成分

通過對ATD－GC/MS強度最高時段總離子流(Total ION Current－TIC)的分析，利用軟件技術手段扣除本地空氣中的雜質，共鑒定出99種化合物(見表1)。香樟林內釋放的VOCs種類繁多，包括烷烴 (17種)、烯烴 (15種)、酮 (13種)、醇 (11種)、芳香烴 (10種)、醛 (8種)、酸 (8種)、酯類 (8種)、炔烴 (3種)、醚(2種)以及未查閱到中文名稱的物質4種。其中，醇類、酮類、烯烴以及烷烴在總揮發物濃度中所占比重較大，平均相對濃度分別為18.67%、14.89%、11.34%、12.3%，為香樟林內的主要揮發物。

表1 香樟林內揮發物成分

(續表)

3.2 香樟林內總揮發性有機物 (TVOC)濃度的日變化規律

香樟林內的TVOC濃度日變化總體表現為“三峰三谷”:7∶00—13∶00，15∶00—19∶00，21∶00 至翌日3∶00為TVOC濃度增大階段，在3∶00，13∶00，19∶00出現高峰，最高峰值出現在13∶00(相對濃度為 68.8%);3∶00—7∶00，13∶00—15∶00，19∶00—21∶00為 TVOC濃度降低階段，7∶00，15∶00，21∶00出現低谷，最低谷值出現在7∶00(相對濃度為16.7%)。TVOC在不同時間的濃度由大到小順序為 13∶00＞19∶00＞11∶00＞3∶00＞1∶00＞17∶00＞9∶00＞23∶00＞5∶00＞21∶00＞15 ∶00 ＞7∶00。

通過方差分析和多重比較發現，7∶00的揮發物濃度顯著低于其他各個時間點，13∶00的揮發物濃度顯著高于其他各個時間點;在晚19∶00至早7∶00，各個時間點的揮發物濃度均有顯著差異;在1∶00—9∶00時間段，各個時間點的揮發物濃度相互均有顯著差異。

通過對總揮發物的濃度及其氣候因子進行相關分析可以看出，溫度、濕度、光照與香樟林內總揮發物的濃度有顯著的相關性。其中，溫度以及光照強度與總揮發物濃度呈顯著正相關 (相關系數分別為0.621及0.547)，而與濕度呈顯著負相關 (相關系數為－0.613)。

3.3 香樟林內影響人體身心健康的主要揮發物成分日變化規律

通過查閱相關文獻對香樟林內的揮發物性質進行判斷，結果發現，香樟林內的揮發物既存在對人體身心健康有利的成分，也存在少量對人體身心健康有害的成分。據測定結果，能夠影響人體身心健康的主要揮發物成分在全天各個時間段內總含量由大到小排序為17∶00＞3∶00＞19∶00＞11∶00＞21 ∶00 ＞7∶00＞15∶00＞5∶00＞1∶00＞13∶00＞9∶00＞23∶00，即17∶00最高，23∶00最低。

香樟林內對人體健康有利的主要成分總含量占影響人體身心健康的主要揮發物總量的85.05%，總含量在3 ∶00(41.7%)、17 ∶00(55.5%)、19 ∶00(37%)較高，它們在各個時間點占影響人體身心健康的主要揮發物的比重由高到低順序為11∶00(100%) ＞21∶00(100%) ＞17∶00(97.9%) ＞7∶00(88.7%) ＞3∶00(87.2%) ＞19∶00(86.2%) ＞5∶00(69.6%) ＞13∶00(62.6%) ＞15∶00(62.1%) ＞9∶00(55%) ＞23∶00(54.2%) ＞1∶00(37.5%)。可以看出，對人體健康有利的主要成分在3∶00，17∶00，19∶00的總含量以及所占的比重較大，包括樟腦［2］、龍腦［3］、芳樟醇［4］、香天竺葵醇［5］、檸檬烯［6］、石竹烯［7］、月桂烯［8］、α － 蒎烯［9］和乙酸龍腦酯［10］。在一天中的相對濃度以及出現頻率都較高的為龍腦、芳樟醇、乙酸龍腦酯、香天竺葵醇、樟腦、檸檬烯。龍腦在一天24小時內均可被檢測到，高濃度值出現在3∶00，15∶00，17∶00，19∶00，相對濃度分別為 9.3%，8.1%，10.2%，16.8%;芳樟醇高濃度值出現在3∶00，7∶00，19∶00，相對濃度分別為 12.4%，9.6%，7.1%;乙酸龍腦酯在一天中的釋放波動較大，最高濃度值出現在1∶00(11.6%)，最低濃度值出現在19∶00(1.1%);香天竺葵醇、樟腦、檸檬烯在一天中的高濃度釋放時間點以及相對濃度分別為21 ∶00(10.9%)、17 ∶00(16.1%)、17∶00(9.7%)。

香樟林內對人體健康有害的主要成分的總含量占影響人體身心健康的主要揮發物總量的14.95%，總含量在1∶00(7.3%)和15∶00(7%)較高，它們在各個時間點占影響人體身心健康的主要揮發物總量的比重由高到低的順序為1∶00(62.5%) ＞23∶00(45.8%) ＞9∶00(44.9%) ＞15∶00(37.8%) ＞13∶00(37.3%) ＞5∶00(30.4%) ＞19∶00(13.8%) ＞3∶00(12.7%) ＞7∶00(11.2%) ＞17∶00(2.1%) ＞11∶00(0) ＞21∶00(0)。可以看出，對人體健康有害的主要成分在1∶00的總含量以及所占的比重較大。其主要成分為三氯甲烷和甲苯，較高濃度釋放時間點以及相對濃度分別為1∶00(4.1%)和15∶00(7.3%);出現頻率也較低，分別為8.3%和5.6%。

4 結論與討論

1)香樟林內共釋放揮發物成分99種，包括烷烴、烯烴、酮、醇、芳香烴、醛、酸、脂、炔烴及醚10類化合物;其中醇類、酮類、烯烴以及烷烴的相對濃度以及出現頻率較高，是香樟林內的主要有機揮發物;揮發物的釋放總體上呈現為“三峰三谷”的變化趨勢，具體表現為3∶00、13∶00、19∶00出現高峰，最高峰值出現在13∶00;7∶00、15∶00以及21∶00出現低谷，最低谷值出現在7∶00。

2)從成分類型和含量上看，香樟林內釋放的揮發物主要是以有益于人體健康的成分為主，占影響人體身心健康的主要揮發物總量的85.05%。香樟林內對人體健康有利的揮發物主要是樟腦、醇類、乙酸龍腦酯以及萜烯類揮發物，主要出現在3∶00、17∶00、19∶00且總含量以及所占的比重較高;對人體健康有害的揮發物主要是甲苯以及三氯甲烷，主要出現在凌晨1∶00且總含量以及所占的比重較低。從揮發物的角度和游人出行的時間考慮，17∶00—19∶00到惠山森林公園香樟林內游憩更有益于游人的健康。

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