公園游憩林揮發(fā)物日變化規(guī)律及其與環(huán)境因子的關(guān)系

艾洪彥 艾洪清 王茜

[摘 要] 本研究采用動態(tài)頂空吸附法，對福建柏游憩林夏季釋放的揮發(fā)物（VOCs）進(jìn)行采集，分析揮發(fā)物的主要成分以及各組成物質(zhì)、濃度的日變化規(guī)律，以及其與環(huán)境因子的相關(guān)性，結(jié)果表明：福建柏林內(nèi)夏季揮發(fā)物數(shù)量總數(shù)為165種，總揮發(fā)物數(shù)量日變化呈“W”形，13：00—15：00出現(xiàn)高峰期，01：00—03：00出現(xiàn)低谷期，對人體有益揮發(fā)物主要出現(xiàn)在13：00，對人體不利揮發(fā)物主要出現(xiàn)在01：00—03：00;揮發(fā)物濃度基本與溫度、光照強(qiáng)度呈正比，與空氣濕度、風(fēng)速呈反比，其日變化規(guī)律與溫度和光照強(qiáng)度的日變化規(guī)律一致性較強(qiáng)。

[關(guān)鍵詞] 夏季;游憩林;揮發(fā)物;日變化

[中圖分類號] S718.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）26-55-4

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）通常是指人類活動（或者其他生物代謝）排放到空氣中的有機(jī)化合物的總稱[1]。植物的組織和器官能在自然狀態(tài)下釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物，這些物質(zhì)分子量一般在100～200，這些揮發(fā)性有機(jī)化合物具有芳香氣味，殺死真菌、細(xì)菌的同時能阻止林分中的病蟲害發(fā)生，并且抑制雜草生長[2，3]，人們將其稱為“植物殺菌素”[4]。早在數(shù)百年前就有人發(fā)現(xiàn)植物精氣在醫(yī)療保健方面發(fā)揮著重要作用，但當(dāng)時由于科技水平有限，對其內(nèi)部機(jī)理的研究尚不明朗。隨著研究方法和科學(xué)技術(shù)的日新月異，近年來各國學(xué)者對植物精氣的內(nèi)部組成、外界影響因素等方面開展了廣泛深入的研究，并且成果顯著[5-7]。有研究發(fā)現(xiàn)側(cè)柏林內(nèi)揮發(fā)物的主要成分是烷烴、酮、酸、醛等物質(zhì)，而且不同季節(jié)受揮發(fā)物的組成、揮發(fā)物的數(shù)量、環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)高峰和低谷的時間各異。因此，本研究以南方珍稀樹種福建柏游憩林為例，對其夏季植物處于生長旺盛時期釋放的揮發(fā)物進(jìn)行采集，對植物有機(jī)揮發(fā)物的組成、濃度以及與環(huán)境因子的相關(guān)性進(jìn)行分析，為游客合理利用福建柏林開展森林游憩活動和福建柏的經(jīng)營管理提供一定的指導(dǎo)。

1 研究地概況

研究區(qū)位于福州旗山森林公園，總面積約為3 854 hm2，年均氣溫約為18 ℃，年均日照時間約為2 178 h，年均降水量約為2 147 mm。旗山森林公園夏季降水量約占全年的51%左右，年均相對濕度約為81%，氣候類型屬于暖濕的亞熱帶氣候。研究樣地福建柏林位于旗山公園東南方向，面積約42 hm2，其夏季郁閉度約為0.8左右，林齡8～12 a，平均樹高11.0 m，平均胸徑13.4 cm，平均枝下高1.4 m，林下植被以山杜鵑、野草莓、杜莖山等為主[3，4]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)的采集和測定方法

本試驗于2018年7月上、中、下旬分別選擇晴朗且無風(fēng)的天氣5 d，每日采用開放式動態(tài)頂空吸附采集法，從07：00至次日05：00間隔2 h對林內(nèi)的向陽背風(fēng)面且健康無殘缺的枝葉進(jìn)行植物揮發(fā)物的采集，每次設(shè)置3個重復(fù)，采樣時間為1 h，氣體流量調(diào)節(jié)為100 mL/min，采樣高度為人體平均呼吸高度約1.5 m。本研究所采用的QC-1型大氣采樣儀由北京市勞動保護(hù)所提供，采樣管選用美國公司生產(chǎn)的TCT金屬采樣管[3，4]。

2.2 植物揮發(fā)物的分析方法

植物揮發(fā)物的分析鑒定采用自動熱脫附（ATD）—?dú)庀嗌V（GC）/質(zhì)譜聯(lián)用（MS）技術(shù)，ATD、GC、MS型號分別為TurboMatrix560ATD、Clarus 700TGC、Clarus 800T MS，均由美國（VARNIAN）公司生產(chǎn)[3，4]。

自動熱脫附工作條件：溫度—樣品管脫附溫度設(shè)置為280 ℃，閥溫設(shè)置為250 ℃，傳輸線溫度為250 ℃，捕集阱溫度范圍為-25～300 ℃，升溫速率50 ℃/s;流速—脫附30.0 mL/min，色譜柱流量設(shè)置為1.8 mL/min，出口分流為25.0 mL/min，入口分流為0.0 mL/min，注入率為8.1%;干吹時間為45 min，脫附時間為15 min[3，4]。

氣相色譜工作條件：規(guī)格為30 m×0.36 mm×0.25 μm的色譜柱（Elite-5/MS柱），通過液氮脫附進(jìn)樣，氦氣為載氣;程序升溫過程為45 ℃保持5 min，之后以10 ℃/min的升溫速率升至280 ℃保持5 min[3，4]。

質(zhì)譜聯(lián)用工作條件：EI源，電子能量為80 ev，質(zhì)量范圍為30～360 amu;GC/MS接口溫度為280 ℃，離子源溫度約為210 ℃，發(fā)射電流為150 μA，檢出電壓約為500 V，質(zhì)譜掃描范圍為20～450 m/z[3，4]。

利用TM Software5.0得到總離子流程圖，各峰代表的化學(xué)信息通過計算機(jī)檢索NIST2011譜庫進(jìn)行篩選和確認(rèn)，并查閱相關(guān)資料或化工辭典進(jìn)行最終的確認(rèn)及篩選，確定揮植物揮發(fā)物成分，同時計算各成分的相對濃度和含量的數(shù)值等[3，4]。

2.3 試驗數(shù)據(jù)的計算方法

采用面積歸一化法計算各揮發(fā)物成分在樣品氣體中的濃度含量，具體計算公式如下：某有機(jī)揮發(fā)物出現(xiàn)的概率/%=測到該有機(jī)揮發(fā)物的樣管數(shù)目/該日樣管的總數(shù)目，樣品氣體中總揮發(fā)物的濃度/%=植物釋放的所有氣體峰面積之和/樣品所有氣體峰面積之和[3，4]。

3 結(jié)果與分析

3.1 福建柏林內(nèi)揮發(fā)物數(shù)量和濃度變化

檢索出福建柏林植物揮發(fā)物共165種，鑒定出157種物質(zhì)，另有8種未鑒定出。林內(nèi)空氣揮發(fā)物種類繁多，共9類物質(zhì)，由烷烴、烯烴、醇類、酸類、酮類、酯類、醛類、芳香烴類及其他類化合物組成。其中，烷烴類、烯烴類、醇、芳香烴相對含量最高，烷烴類物質(zhì)最多為62種，占總數(shù)量的37.58%;其次是烯烴類物質(zhì)35種，占總數(shù)量的21.21%，烯烴類物質(zhì)以長葉烯、а-蒎烯、石竹烯、月桂烯等為主;再次為醇類物質(zhì)25種，占總數(shù)量的15.15%，芳香烴類物質(zhì)18種，占總量的10.91%;酸類物質(zhì)種類最少，僅為3種。這說明夏季福建柏林生理活性強(qiáng)，產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物種類較豐富。夏季，植物總揮發(fā)物種類數(shù)量的日變化波動范圍在65～152種，13：00、19：00、07：00出現(xiàn)全天的3個高峰，揮發(fā)物種類數(shù)分別為152、124、118種，09：00、17：00、01：00出現(xiàn)全天的3個低谷，揮發(fā)物種類數(shù)分別為105、117、65種（見圖1）。