温度和光照对红花檵木和南天竹异戊二烯和单萜烯释放的影响

植物是生物源挥发性有机化合物(Biogenic volatile organic compounds,BVOCs)的最主要来源,城市绿色植物释放的BVOCs会影响城市大气组分,进而改变城市大气环境.本实验以红花檵木(Loropetalum chinense)和南天竹(Nandina domestica)为研究对象,调节温度(T)和光合有效辐射(PAR),测量两种植物主要BVOCs(异戊二烯(Isoprene,ISO)、单萜烯(Monoterpenes,MTs))的通量及光合参数.结果表明,在T=30℃、PAR=500μmol·m~(-2)·s~(-1)时,南天竹BVOCs释放速率大于红花檵木,分别为4916.51和3388.62 pmol·m~(-2)·s~(-1),BVOCs释放种类以ISO为主,占BVOCs总量99.8%以上,MTs以α-蒎烯和3-蒈烯为主.ISO释放速率随温度升高而增加,35℃时达到最大值,红花檵木和南天竹分别为8436.48和15138.81 pmol·m~(-2)·s~(-1),显著高于其他两种温度下ISO释放;而单萜烯在30℃时最大,分别为4.96和8.24 pmol·m~(-2)·s~(-1),红花檵木单萜烯的释放受温度影响较为显著.PAR增加会显著促进两种植物ISO的释放,PAR=1000μmol·m~(-2)·s~(-1)时红花檵木和南天竹释放速率分别达3279.21和7355.17 pmol·m~(-2)·s~(-1),而单萜烯释放在PAR为500μmol·m~(-2)·s~(-1)最高.温度和光照主要通过影响植物气孔导度和蒸腾速率等从而影响其BVOCs的释放,不同温度和光照处理下,异戊二烯释放碳占光合作用固定碳的0～3.28%.不同植物BVOCs释放对温度和光照响应的差异要求加强对城市绿色植物BVOCs释放的研究,以便为城市绿化树种选择及城市生态环境改善提供科学依据.     

北方常见绿化树种BVOCs排放特征及其与光合作用参数的相关性

为了解北方常见绿化树种植物源挥发性有机化合物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)的排放特征及其与光合作用参数(净光合速率P_n、气孔导度g_s、胞间CO_2浓度c_i、蒸腾速率T_r)的相关性,本实验采用动态采样装置收集14种落叶乔木BVOCs排放数据.结果表明,不同科属间异戊二烯和总BVOCs(异戊二烯、单萜和倍半萜烯之和)释放速率差异显著(P0.01).除金银木和榆树,其他绿化树种均释放异戊二烯、单萜和倍半萜烯类物质,其中杨柳科(杂交杨‘546’、速生杨‘107’、小叶杨、垂柳)和豆科植物(国槐、刺槐、龙爪槐)排放异戊二烯较多,释放速率在(30.1±4.3)～(91.8±10.0)μg·(g·h)~(-1)之间;木犀科(白蜡、丁香)、蔷薇科海棠、无患子科栾树和槭树科元宝枫主要排放单萜和倍半萜烯,其中白蜡和元宝枫单萜释放速率最高,分别为(10.6±4.8)μg·(g·h)~(-1)和(11.8±6.4)μg·(g·h)~(-1).罗勒烯和β-蒎烯是绿化树种排放的两种主要单萜物质.P_n和g_s与BVOCs释放速率之间无显著相关性,但杨柳科植物异戊二烯(r=0.681,P0.01)和总BVOCs(r=0.698,P0.01)释放速率与叶片T_r呈显著正相关,而豆科植物的总BVOCs释放速率与c_i呈显著正相关(P=0.04).本研究为城市绿化树种的筛选和配置提供科学参考,也为BVOCs释放机制的研究提供理论依据.     

城市大气挥发性有机物排放源及来源解析

城市大气挥发性有机物(VOCs)是二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物,而SOA又是城市大气细粒子的重要组成成分,对大气细粒子PM2.5的贡献不容忽视。文章综述了国内外城市大气中VOCs排放源以及来源解析的研究现状。研究结果表明:城市大气挥发性有机物(VOCs)排放源中人为源来自汽车尾气、燃料挥发、石油化工、涂料的使用和生物质燃料燃烧等,天然源来自植物排放;主要的排放源是汽车尾气、燃料挥发、涂料的使用。城市大气挥发性有机物(VOCs)来源解析方法主要为PMF、PCA/APCS受体模型。天然源主要来自于植物排放,其中排放量最大的VOCs是异戊二烯和单萜烯;人为源中最主要VOCs为苯和甲苯等芳香烃以及乙烯、异戊烷、异丁烷、丙烷、异丁烷、乙烷、正丁烷等低碳烷烃烯烃。这为进一步开展VOCs源解析研究提供参考。同时发现天然源中对SOA贡献最大的是异戊二烯和单萜烯,人为源中芳香烃(甲苯、乙苯、间/对二甲苯、甲苯、乙苯、1,2,4-三甲苯、邻二甲苯、1,3-二乙苯)、烯烃(蒎烯)、烷烃(正十一烷)对SOA的生成有着巨大的贡献。     

天津市常用绿化树种挥发性有机物排放潜力估算

BVOCs（植被释放的挥发性有机物）对PM_2.5等大气颗粒物的形成有重要贡献,树种BVOCs排放潜力的研究有助于城市绿化树种的科学选择.对天津市城市绿地常见绿化树种BVOCs样品进行采集与鉴定,基于Guenther提出的模型估算了天津市32种常见绿化树种BVOCs的排放量,并对估算过程中的不确定性因素进行分析.结果表明:构树、毛白杨、旱柳和绦柳的BVOCs排放量（以C计）最高,分别为2 179.438、2 147.394、2 116.537、2 045.722 g/（株·a）.从科属的角度来看,杨柳科植物BVOCs排放量最高,豆科、桑科和松科BVOCs排放量位居其次.采用聚类分析方法将32种绿化树种的异戊二烯、单萜烯排放潜力进行分类,其中毛白杨、构树、旱柳和绦柳属于高排放异戊二烯的树种;油松和苹果属于高排放单萜烯的树种.从科属水平而言,豆科和杨柳科植物具有较强的异戊二烯排放潜力.松科和部分蔷薇科的乔木具有较强的单萜烯排放潜力.从叶片类型的角度上,阔叶树主要以排放异戊二烯为主,针叶树主要以排放单萜烯为主,且异戊二烯的排放潜力要大于单萜烯的排放潜力.植物OVOCs（其他VOCs）排放潜力与异戊二烯和单萜烯的排放潜力相比显著较弱.天津市外来树种与本地树种BVOCs排放潜力无显著性差异（P＞0.05）.研究显示,天津市常用绿化树种的单株排放潜力差异明显,因此可优选臭椿、洋白蜡和紫叶李等排放潜力相对较低的树种用作城市绿化.      

典型树种挥发性有机物(VOCs)排放成分谱及排放特征

为研究典型树种的挥发性有机物（VOCs）排放特征,并获得基础排放速率,应用动态封闭式采样系统对毛果杨、北美枫香和马尾松的排放进行了实验室测量.利用热脱附-气相色谱-飞行质谱仪对排放样品进行定性和定量分析,包括异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯、烷烃和烯烃,计算获得各树种VOCs排放速率及其排放谱特征.研究表明：毛果杨、北美枫香和马尾松的总VOCs排放速率分别为19.51、17.19和0.67μg/（g·h）.毛果杨的异戊二烯排放最高（18.51μg/（g·h））,占其总排放的94.86%;马尾松排放的异戊二烯仅占4.03%,单萜烯贡献最高,为49.09%;北美枫香的单萜烯排放速率最高,为0.84μg/（g·h）;3个树种排放的倍半萜烯占各自VOCs总排放的比重均较小（<1.5%）;各树种的烷烃排放强度高于倍半萜烯,部分化合物甚至高于异戊二烯和单萜烯的排放强度.反式-β-罗勒烯是毛果杨排放最多的单萜烯化合物,占其单萜烯总排放的99.84%;北美枫香排放的单萜烯主要以香桧烯和β-蒎烯为主;马尾松以α-蒎烯、香桧烯和β-蒎烯为主.石竹烯、葎草烯、δ-杜松烯和β-愈创木烯是主要的倍半萜烯物种.烷烃排放主要为C4和C5的化合物,特别是异丁烷和正丁烷;各树种排放的烯烃中,1-丁烯排放占比最高.     

我国夏季不同类型植被BVOCs排放观测与模拟研究

植物排放的挥发性有机物（天然源VOCs,BVOCs）对大气二次污染的形成有重要作用,为了解我国不同植被类型BVOCs排放特征,应用动态封闭式采样法和热脱附-气相色谱质谱联用（TD-GC-MS）技术对不同植被类型植物的单萜烯排放进行定量观测,应用MEGAN 2.1排放模式建立2018年夏季我国高时空分辨率BVOCs排放清单.结果表明：针叶树具有较高的单萜烯排放速率,其中以排放异松油烯、顺式-β-罗勒烯、柠檬烯、香桧烯为主;阔叶树种排放的单萜烯以α-蒎烯为主;农作物、草地、灌木中排放速率最高的化合物分别为异松油烯、反式-β-罗勒烯和柠檬烯. 2018年夏季我国BVOCs排放总量为33.6×10¹² g,异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯和其他VOCs分别占64.13%、9.63%、2.11%和24.31%,其中阔叶树排放贡献率最高,为56.01%,灌木排放贡献率为14.16%.我国夏季BVOCs排放主要分布在东北、华东和华中地区,6种植被类型的排放受植被分布的影响呈现出不同的空间分布特征.研究显示：各类型植被单萜烯排放速率大小呈针叶树>阔叶树>草地>农作物&...     

我国夏季不同类型植被BVOCs排放观测与模拟研究

植物排放的挥发性有机物（天然源VOCs,BVOCs）对大气二次污染的形成有重要作用,为了解我国不同植被类型BVOCs排放特征,应用动态封闭式采样法和热脱附-气相色谱质谱联用（TD-GC-MS）技术对不同植被类型植物的单萜烯排放进行定量观测,应用MEGAN 2.1排放模式建立2018年夏季我国高时空分辨率BVOCs排放清单.结果表明：针叶树具有较高的单萜烯排放速率,其中以排放异松油烯、顺式-β-罗勒烯、柠檬烯、香桧烯为主;阔叶树种排放的单萜烯以α-蒎烯为主;农作物、草地、灌木中排放速率最高的化合物分别为异松油烯、反式-β-罗勒烯和柠檬烯. 2018年夏季我国BVOCs排放总量为33.6×10¹² g,异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯和其他VOCs分别占64.13%、9.63%、2.11%和24.31%,其中阔叶树排放贡献率最高,为56.01%,灌木排放贡献率为14.16%.我国夏季BVOCs排放主要分布在东北、华东和华中地区,6种植被类型的排放受植被分布的影响呈现出不同的空间分布特征.研究显示：各类型植被单萜烯排放速率大小呈针叶树>阔叶树>草地>农作物&...     

广州大气中异戊二烯浓度变化特征、化学活性和来源分析

在广州番禺大气成分站(GPACS)应用在线监测仪器对异戊二烯进行长达1年的观测,获得异戊二烯浓度变化特征、大气化学活性和来源规律.结果表明:广州地区异戊二烯日均浓度为1.12 ppbv,由于受光照和温度影响较大,各月日均浓度在0.07~2.72 ppbv范围内波动.异戊二烯在冬季的日变化规律与其他季节不同,呈现双峰值变化,较大峰值出现在下午14:00,主要受光照和温度影响;较小峰值出现在晚上22:00左右,主要受机动车排放影响.采用最大增量活性(Maximum Incremental Reactivity,MIR)因子加权法和等效丙烯浓度法均发现异戊二烯的大气化学活性在监测的VOCs物种中最强,分别占总活性的15.45%和36.74%.通过异戊二烯与机动车标志性物质3-甲基戊烷、顺-2-丁烯的比值发现,广州地区异戊二烯在冬季夜晚主要来源于机动车排放,在秋季和春季夜晚也受到机动车排放影响,而夏季夜晚受机动车排放最不明显.这主要是由于在冬季、秋季和春季,监测点主要受到来自广州城区污染物输送的影响,而在夏季污染物从广州郊区输送使监测点受机动车排放的影响很小.异戊二烯与3-甲基戊烷、顺-2-丁烯在各季节的白天都没有线性关系,表明白天异戊二烯的排放受机动车的影响不大.     

我国植物VOCs排放速率的研究

1992～2000年,使用流动式、封闭式采样法,气相色谱-火焰离子化检测器,测定了我国4 种气候类型(温带-寒温带,温带,温带-亚热带,热带-亚热带),7 个地区(黑龙江,北京,福建,广东,四川,湖南,云南),共 58 种当地优势树种、庄稼和草地异戊二烯和单萜烯的排放速率.使用G93 算法,换算出相应异戊二烯和单萜烯的标准排放因子,并划分了这些排放因子的等级.同种树种在不同的气候带和季节的排放有明显的差异,通常,VOCs 排放速率南方高于北方,夏季高于冬季;阔叶树主要排放异戊二烯,针叶树主要排放单萜烯,但是我国南方相当数量的阔叶林的排放特征不符合上述规律.     

12种常见落叶果树BVOCs排放清单和排放特征

为了解城市近郊区域植物源挥发性有机化合物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)排放情况,运用动态采样法对北京地区广泛种植的12种典型落叶果树(其中9种为首次报道) BVOCs进行野外采样和实验室分析.结果表明,果树释放物中含有烃类、醇类和醛类等9类物质,烃类含量最高,占39. 0%. 12种果树均释放异戊二烯和单萜(6种果树释放倍半萜烯),其中,桃等3种果树为高BVOCs排放树种,海棠等9种果树为中等BVOCs排放树种.果树总BVOCs(异戊二烯、单萜和倍半萜烯之和)释放速率在(2. 6±0. 1)～(14±0. 8)μg·(g·h)~(-1)之间,其中杏子总BVOCs释放速率最高[(14±0. 8)μg·(g·h)~(-1)].对不同科属及生活型果树BVOCs进行显著性分析发现,木本类果树异戊二烯释放速率[(4. 2±1. 4)μg·(g·h)~(-1)]显著高于藤本类[(0. 6±0. 2)μg·(g·h)~(-1),P=0. 03],但果树BVOCs的释放速率不具有显著的科属差异,暂不能依据果树科属关系对BVOCs释放水平进行分类.与松柏科植物不同,具有花香或脂香味的β-月桂烯(β-myrcene)、D-柠檬烯(D-limonene)和γ-松油烯(γ-terpinene)是果树释放的主要成分,β-月桂烯(β-myrcene)含量最高,占单萜总释放量的59. 3%.此外,果树还可能释放芴、菲和萘等8种具有芳香味的有毒有害大气污染物.本研究拓展了BVOCs研究领域,为丰富BVOCs数据库及BVOCs环境效应评估提供了基础数据.     

Investigation of natural VOC emitted from tropical vegetations in China

Twenty-three kinds of typical plants in Xishuangbanna, the tropical area of southwestern China, were screened to estimate the emission rates of isoprene and monoterpenes by adopting bag-enclosure and curette sampling methods followed by a GC-FID analysis. It was found that the Ficus species were mainly emitting isoprene and most tropical vegetations were mainly releasing monoterpenes. The results also showed that the emissions of isoprene were affected by both temperature and PAR( Photosynthetic Active Radiation), while monoterpene emissions were mainly temperature-dependent.     

O3浓度升高对银杏及油松BVOCs排放的影响

以生长在沈阳市区内的银杏及油松为试材,开顶式熏气室模拟升高O₃浓度（80 nmol·mol^-1）和正常大气O₃浓度（≈30 nmol·mol^-1）条件,采用GC-FID技术对银杏及油松的异戊二烯和7种单萜类物质的排放速率进行测定,探讨高浓度O₃对单株银杏及油松挥发性有机物排放规律的影响.结果表明,O₃浓度增高可以显著提高银杏和油松的异戊二烯排放速率（p＜0.05）,及银杏Δ3-蒈烯的排放速率（p＜0.05）,其分别达到1.96、 9.71和0.09 μg·(g·h)^-1,而对于其他单萜物质的排放速率,2种树木对高浓度的O₃熏蒸均没有表现出显著的变化;树种不同,排放的BVOCs组成也不同,自然条件下银杏排放的BVOCs以异戊二烯为主,而油松以α-蒎烯为主;高浓度O₃熏蒸下油松释放的异戊二烯达到其BVOCs组成的64.73%,增加大气O₃浓度改变了树木挥发性有机物的组成比例.因此,O₃浓度升高对银杏及油松BVOCs排放规律具有显著影响.     

深圳市显著排放VOCs的园林植物调查与分析

对深圳地区的主要园林树种、地带性植被的代表种共计158种植物释放的生物源的挥发性有机物（biogenic volatileorganic compounds,BVOCs）采用流动式、封闭式采样法采样,运至美国进行GC-MS分析测量.结果表明,短穗鱼尾葵（Caryotamitis）、海红豆（Adenanthera pavonina var.microsperma）、杧果（Mangifera indica）、海漆（Excoecoria agalloch）等31种植物具有释放异戊二烯的能力;另有鸡蛋果（Passiflora edulis）、小琴丝竹（Bambusa glaucescens cv.silverstripe）、山苍子（Litsea cubeba）、大型双子铁（Dioon spinulosum）等52种植物具有释放单萜烯类化合物的能力.对红树植物的测量表明,该类植物普遍具有释放单萜烯的能力.上述结果为建立深圳及周边地区的环境质量模型提供了重要数据,同时也可为我国热带亚热带城市大面积绿化以及经济林、生态林和防护林等的树种选择提供参考.     

西双版纳热带森林挥发性有机物的观测研究

2002年7月中旬利用异戊二烯通量测定系统对云南西双版纳热带森林异戊二烯的排放通量进行了连续测量,同时对光合有效辐射(PAR)、气温、湿度、风等参数进行了观测.结果表明,热带地区人工橡胶林区域湿季异戊二烯的排放有明显的日变化规律,中午前后为一天中的最大值,异戊二烯排放通量的日平均值在0.85～0.24mgC/(m²h)之间.对小时值和日平均值而言,异戊二烯的排放与PAR和气温的变化规律比较一致,但它对PAR比对气温更加敏感.不同的天气状况对异戊二烯的排放有非常明显的影响.橡胶林是一个单萜烯排放者,其单萜烯的排放速率明显依赖于PAR.橡胶林和热带雨林冠层上空异戊二烯和单萜烯的浓度也有明显的日变化规律,而且橡胶林区域的异戊二烯和单萜烯的浓度均明显高于热带雨林.     

珠江三角洲天然源VOCs排放量估算及时空分布特征

利用实际观测的气象数据和基于遥感图像解译的土地利用现状和植被资料,运用GloBEIS模型,对珠江三角洲2006年度天然源VOCs排放总量进行了估算.结果表明,该区天然源VOCs的年度排放总量达29.6万t,其中异戊二烯7.30万t,占24.7%,单萜10.2万t,占34.4%.其排放量具有夏季高冬季低的典型特征,夏季占全年排放量的40.5%,冬季占11.1%.其空间特征与土地利用和植被分布密切相关,天然源VOCs排放主要集中在城镇化程度较低和林区较密集的区域.此外,对天然源VOCs排放估算过程中可能的不确定性来源进行了讨论.     

Vertical profiles of biogenic volatile organic compounds as observed online at a tower in Beijing

Vertical profiles of isoprene and monoterpenes were measured by a proton transfer reaction-time of flight-mass spectrometry (PTR-ToF-MS) at heights of 3, 15, 32, 64, and 102 m above the ground on the Institute of Atmospheric Physics (IAP) tower in central Beijing during the winter of 2016 and the summer of 2017. Isoprene mixing ratios were larger in summer due to much stronger local emissions whereas monoterpenes were lower in summer due largely to their consumption by much higher levels of ozone. Isoprene mixing ratios were the highest at the 32 m in summer (1.64 ± 0.66 ppbV) and at 15 m in winter (1.41 ± 0.64 ppbV) with decreasing concentrations to the ground and to the 102 m, indicating emission from the tree canopy of the surrounding parks. Monoterpene mixing ratios were the highest at the 3 m height in both the winter (0.71 ± 0.42 ppbV) and summer (0.16 ± 0.10 ppbV) with a gradual decreasing trend to 102 m, indicting an emission from near the ground level. The lowest isoprene and monoterpene mixing ratios all occurred at 102 m, which were 0.71 ± 0.42 ppbV (winter) and 1.35 ± 0.51 ppbV (summer) for isoprene, and 0.42 ± 0.22 ppbV (winter) and 0.07 ± 0.06 ppbV (summer) for monoterpenes. Isoprene in the summer and monoterpenes in the winter, as observed at the five heights, showed significant mutual correlations. In the winter monoterpenes were positively correlated with combustion tracers CO and acetonitrile at 3 m, suggesting possible anthropogenic sources.