植物VOC排放

崔鳳，任榮，熊峰

（重慶市九龍坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶401329）

植物VOC排放

崔鳳，任榮，熊峰

（重慶市九龍坡區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶401329）

從全球范圍來(lái)看，植被是VOC的重要排放源。按照世界衛(wèi)生組織的定義，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）是指沸點(diǎn)在50～250℃，室溫下飽和蒸汽壓超過(guò)133.32 Pa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機(jī)物。詳細(xì)介紹了植被VOC的組成、釋放部位、測(cè)定方法和植被VOC排放速率的影響因素等。

植被；VOC；溫度；光照

VOC一方面直接影響身體健康，其影響主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮膚過(guò)敏，使人產(chǎn)生頭痛、咽痛與乏力，其中還包含了很多致癌物質(zhì)；另一方面，VOC還是對(duì)流層臭氧的前體物，是導(dǎo)致夏季臭氧污染嚴(yán)重的重要原因。盡管在某些地區(qū)特別是城市中，VOC的主要來(lái)源與人類活動(dòng)關(guān)系更為密切，比如生物質(zhì)燃燒、化學(xué)燃料燃燒、溶劑使用等，但從全球范圍來(lái)看，植物釋放才是主要的VOC的重要源。

據(jù)估計(jì)，1990年全球陸地植被向大氣中釋放的VOC約為1 150 Tg C a-1（1 Tg＝1 012 g，相當(dāng)于100萬(wàn)噸），約占全球VOC年排放量的90%[1]。通過(guò)使用化學(xué)箱模型計(jì)算得出，在山谷的森林區(qū)域，光化學(xué)產(chǎn)物O3濃度可達(dá)10×10-9體積百分比，其中，60%來(lái)源于VOC的貢獻(xiàn)[2]。

1 植被VOC的組成

植物排放的VOC種類繁多，僅森林釋放的VOC達(dá)100多種，但只有少數(shù)幾種的含量相對(duì)豐富，主要包含異戊二烯、單萜烯類、芳香族化合物等。Guenther等將全球植物釋放的VOC（也常被簡(jiǎn)稱為BVOC、BVOCs）分成3類，分別是異戊二烯、單萜烯類和其他VOC，它們分別占據(jù)44%，11%和45%[1]。具體的化學(xué)結(jié)構(gòu)可參考相關(guān)文獻(xiàn)[3]。

2 植被VOC的釋放部位與合成途徑

按照植物VOC釋放部位的不同，可以分為以下3類：①植物根的VOC釋放，其成分涉及單萜烯類與類異戊二烯；②在花和果實(shí)中的VOC釋放，其成分主要包括芳香族化合物、菇烯類化合物和酷類化合物；③在營(yíng)養(yǎng)組織（比如葉片等）中的合成和釋放，主要包括菇烯類和脂肪酸衍生物等。另外，植物樹(shù)皮也能釋放。上述3類釋放植被VOC的部位中，植物葉片是VOC釋放的主要部位[1]。

植物可通過(guò)不同途徑釋放合成VOC，其中，異戊二烯可由二甲基丙烯酸二磷酸酯（DMAPP）在葉綠體中通過(guò)酶催化形成，在葉綠體中，DMAPP在異戊二烯合成酶和二價(jià)陽(yáng)離子（比如Mg2+）的作用下生成一個(gè)中間體，此中間體再失去一個(gè)質(zhì)子及異戊酸焦磷酸酯就生成異戊二烯。異戊二烯合成酶主要存在于葉綠體中，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有植物不通過(guò)酶催化途徑而生成異戊二烯。另外，一些不排放或者低排放異戊二烯的植物，原因可能是細(xì)胞中的DMAPP較少。

3 植被VOC的收集與測(cè)定方法

對(duì)于植物源VOC的研究，傳統(tǒng)的方法主要包括水蒸氣蒸餾法、溶劑提取法、液氮冷凝法等。近年來(lái)，為盡可能地采集自然狀態(tài)下植物的VOC成分，研究者又研制出新型的提取方法，主要包括動(dòng)態(tài)頂空采集法、固相微萃取法、超臨界流體萃取法等。在這些新型方法中，動(dòng)態(tài)頂空采集法主要應(yīng)用于活體植物VOC的采集，基本能夠有效提取出植物VOC的組成成分。在具體采樣過(guò)程中，需要根據(jù)所收集對(duì)象的大小差異，分為整株、枝條以及葉片水平的收集。整株水平的收集是將裝載有植物的土壤容器整體放入生長(zhǎng)箱進(jìn)行，但很難將土壤對(duì)VOC的貢獻(xiàn)區(qū)分出來(lái)。

VOC成分的檢測(cè)技術(shù)早期使用的是帶還原性氣體檢測(cè)器的氣相色譜、便攜式氣相色譜；而近年來(lái)比較盛行的是痕量揮發(fā)性有機(jī)化合物在線檢測(cè)技術(shù)，即質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜，其原理是利用被測(cè)物的質(zhì)子親和能高于水而低于高聚水的性質(zhì)使物質(zhì)電離，電離時(shí)分子離子產(chǎn)生的信號(hào)是最強(qiáng)的，因而可根據(jù)分子量對(duì)各組分定性，同時(shí)依據(jù)儀器內(nèi)自帶的標(biāo)準(zhǔn)值定量。另外，便攜式光離子化檢測(cè)器還可替代質(zhì)譜，進(jìn)行植物VOC的快速測(cè)定。

4 影響植被VOC排放速率的因素

4.1 遺傳因素的影響

研究表明，受遺傳因素的影響，除了VOC中的組成成分存在差異外，不同植物種所釋放的VOC速率差異也很大，樹(shù)種差異是決定樹(shù)木VOC排放速率大小的首要因素。有研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，法國(guó)梧桐、龍爪槐、楊樹(shù)和柳樹(shù)為強(qiáng)異戊二烯排放樹(shù)種[4]。有研究通過(guò)調(diào)查與測(cè)定表明，中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)中排放異戊二烯的主要優(yōu)勢(shì)樹(shù)種有櫟樹(shù)、楊樹(shù)、毛竹、椴樹(shù)、樟樹(shù)、桉樹(shù)、桐類[5]。在植被生長(zhǎng)過(guò)程中，植被的生長(zhǎng)發(fā)育狀況也會(huì)影響VOC組成和含量。

4.2 溫度的影響

一般溫度越高，植物的VOC排放速率越大[6]。氣溫是影響異戊二烯和萜烯排放的主要因子，雖然其控制機(jī)制還不完全清楚，可能是因?yàn)闇囟葘?duì)植物異戊二烯合成酶的活性有影響。氣溫在一定范圍內(nèi)時(shí)，植被排放的異戊二烯與溫度呈正相關(guān)，但是，當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，植物異戊二烯排放速率反而還有所下降。

4.3 光照的影響

光是影響植物光合作用積累有機(jī)物的重要因子，也是影響植物VOC釋放的重要因子。植物合成和釋放VOC對(duì)光產(chǎn)生的依賴性各異，一種是依賴光釋放，另一種是不依賴光釋放。通常，植物異戊二烯排放速率受光合有效輻射制約，在低光合有效輻射值下，植物異戊二烯釋放極低；隨著光合有效輻射增加，其排放速率迅速增加，但當(dāng)光合有效輻射達(dá)到或超過(guò)一定值時(shí)，異戊二烯的排放速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

4.4 其他環(huán)境因子的影響

除了光照、溫度外，其他環(huán)境因子比如大氣中二氧化碳濃度、氮沉降、臭氧濃度等也會(huì)影響植被的VOC排放。

［1］Guenther A，Hewitt C N，Erickson D，et al.A global model of natural volatile organic compound emissions.Journal of Geophysical Research，1995（100）：8873-8892.

［2］Kostas Tsigaridis，Maria Kanakidou.Importance of volatile organic compounds photochemistry over a forested area in central Greece.Atmospheric Environment，2002（36）：3137-3146.

［3］彭瑞玲.植物揮發(fā)性有機(jī)化合物的分析及排放特征［D］.廣州：中山大學(xué)，2008.

［4］牟玉靜，宋文質(zhì)，張曉.落葉闊葉樹(shù)異戊二烯排放研究［J］.環(huán)境化學(xué)，1999，18（1）：21-27.

［5］張莉.中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)異戊二烯排放研究［J］.南京：南京氣象學(xué)院，2002.

［6］趙美萍，邵敏，白郁華，等.我國(guó)幾種典型樹(shù)種非甲烷烴類的排放特征［J］.環(huán)境化學(xué)，1996，15（1）：69-74.——

〔編輯：劉曉芳〕

Q946；X51

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.138

2095－6835（2017）19－0138－02

崔鳳（1985—），女，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)、大氣污染防治。