植物VOC排放

崔鳳，任榮，熊峰

（重慶市九龍坡區環境監測站，重慶401329）

植物VOC排放

崔鳳，任榮，熊峰

（重慶市九龍坡區環境監測站，重慶401329）

從全球范圍來看，植被是VOC的重要排放源。按照世界衛生組織的定義，揮發性有機化合物（VOC）是指沸點在50～250℃，室溫下飽和蒸汽壓超過133.32 Pa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機物。詳細介紹了植被VOC的組成、釋放部位、測定方法和植被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，使皮膚過敏，使人產生頭痛、咽痛與乏力，其中還包含了很多致癌物質；另一方面，VOC還是對流層臭氧的前體物，是導致夏季臭氧污染嚴重的重要原因。盡管在某些地區特別是城市中，VOC的主要來源與人類活動關系更為密切，比如生物質燃燒、化學燃料燃燒、溶劑使用等，但從全球范圍來看，植物釋放才是主要的VOC的重要源。

據估計，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，相當于100萬噸），約占全球VOC年排放量的90%[1]。通過使用化學箱模型計算得出，在山谷的森林區域，光化學產物O3濃度可達10×10-9體積百分比，其中，60%來源于VOC的貢獻[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100多種，但只有少數幾種的含量相對豐富，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44%，11%和45%[1]。具體的化學結構可參考相關文獻[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在營養組織（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）在葉綠體中通過酶催化形成，在葉綠體中，DMAPP在異戊二烯合成酶和二價陽離子（比如Mg2+）的作用下生成一個中間體，此中間體再失去一個質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，目前還沒有發現有植物不通過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，原因可能是細胞中的DMAPP較少。

3 植被VOC的收集與測定方法

對于植物源VOC的研究，傳統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，為盡可能地采集自然狀態下植物的VOC成分，研究者又研制出新型的提取方法，主要包括動態頂空采集法、固相微萃取法、超臨界流體萃取法等。在這些新型方法中，動態頂空采集法主要應用于活體植物VOC的采集，基本能夠有效提取出植物VOC的組成成分。在具體采樣過程中，需要根據所收集對象的大小差異，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箱進行，但很難將土壤對VOC的貢獻區分出來。

VOC成分的檢測技術早期使用的是帶還原性氣體檢測器的氣相色譜、便攜式氣相色譜；而近年來比較盛行的是痕量揮發性有機化合物在線檢測技術，即質子轉移反應質譜，其原理是利用被測物的質子親和能高于水而低于高聚水的性質使物質電離，電離時分子離子產生的信號是最強的，因而可根據分子量對各組分定性，同時依據儀器內自帶的標準值定量。另外，便攜式光離子化檢測器還可替代質譜，進行植物VOC的快速測定。

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，樹種差異是決定樹木VOC排放速率大小的首要因素。有研究通過實驗表明，法國梧桐、龍爪槐、楊樹和柳樹為強異戊二烯排放樹種[4]。有研究通過調查與測定表明，中國森林生態系統中排放異戊二烯的主要優勢樹種有櫟樹、楊樹、毛竹、椴樹、樟樹、桉樹、桐類[5]。在植被生長過程中，植被的生長發育狀況也會影響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，雖然其控制機制還不完全清楚，可能是因為溫度對植物異戊二烯合成酶的活性有影響。氣溫在一定范圍內時，植被排放的異戊二烯與溫度呈正相關，但是，當溫度高于40℃時，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對光產生的依賴性各異，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，但當光合有效輻射達到或超過一定值時，異戊二烯的排放速率達到相對穩定的狀態。

4.4 其他環境因子的影響

除了光照、溫度外，其他環境因子比如大氣中二氧化碳濃度、氮沉降、臭氧濃度等也會影響植被的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.植物揮發性有機化合物的分析及排放特征［D］.廣州：中山大學，2008.

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

［5］張莉.中國森林生態系統異戊二烯排放研究［J］.南京：南京氣象學院，2002.

［6］趙美萍，邵敏，白郁華，等.我國幾種典型樹種非甲烷烴類的排放特征［J］.環境化學，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，高級工程師，研究方向為環境監測、大氣污染防治。