植物VOC排放

崔凤，任荣，熊峰

（重庆市九龙坡区环境监测站，重庆401329）

植物VOC排放

崔凤，任荣，熊峰

（重庆市九龙坡区环境监测站，重庆401329）

从全球范围来看，植被是VOC的重要排放源。按照世界卫生组织的定义，挥发性有机化合物（VOC）是指沸点在50～250℃，室温下饱和蒸汽压超过133.32 Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。详细介绍了植被VOC的组成、释放部位、测定方法和植被VOC排放速率的影响因素等。

植被；VOC；温度；光照

VOC一方面直接影响身体健康，其影响主要是刺激眼睛和呼吸道，使皮肤过敏，使人产生头痛、咽痛与乏力，其中还包含了很多致癌物质；另一方面，VOC还是对流层臭氧的前体物，是导致夏季臭氧污染严重的重要原因。尽管在某些地区特别是城市中，VOC的主要来源与人类活动关系更为密切，比如生物质燃烧、化学燃料燃烧、溶剂使用等，但从全球范围来看，植物释放才是主要的VOC的重要源。

据估计，1990年全球陆地植被向大气中释放的VOC约为1 150 Tg C a-1（1 Tg＝1 012 g，相当于100万吨），约占全球VOC年排放量的90%[1]。通过使用化学箱模型计算得出，在山谷的森林区域，光化学产物O3浓度可达10×10-9体积百分比，其中，60%来源于VOC的贡献[2]。

1 植被VOC的组成

植物排放的VOC种类繁多，仅森林释放的VOC达100多种，但只有少数几种的含量相对丰富，主要包含异戊二烯、单萜烯类、芳香族化合物等。Guenther等将全球植物释放的VOC（也常被简称为BVOC、BVOCs）分成3类，分别是异戊二烯、单萜烯类和其他VOC，它们分别占据44%，11%和45%[1]。具体的化学结构可参考相关文献[3]。

2 植被VOC的释放部位与合成途径

按照植物VOC释放部位的不同，可以分为以下3类：①植物根的VOC释放，其成分涉及单萜烯类与类异戊二烯；②在花和果实中的VOC释放，其成分主要包括芳香族化合物、菇烯类化合物和酷类化合物；③在营养组织（比如叶片等）中的合成和释放，主要包括菇烯类和脂肪酸衍生物等。另外，植物树皮也能释放。上述3类释放植被VOC的部位中，植物叶片是VOC释放的主要部位[1]。

植物可通过不同途径释放合成VOC，其中，异戊二烯可由二甲基丙烯酸二磷酸酯（DMAPP）在叶绿体中通过酶催化形成，在叶绿体中，DMAPP在异戊二烯合成酶和二价阳离子（比如Mg2+）的作用下生成一个中间体，此中间体再失去一个质子及异戊酸焦磷酸酯就生成异戊二烯。异戊二烯合成酶主要存在于叶绿体中，目前还没有发现有植物不通过酶催化途径而生成异戊二烯。另外，一些不排放或者低排放异戊二烯的植物，原因可能是细胞中的DMAPP较少。

3 植被VOC的收集与测定方法

对于植物源VOC的研究，传统的方法主要包括水蒸气蒸馏法、溶剂提取法、液氮冷凝法等。近年来，为尽可能地采集自然状态下植物的VOC成分，研究者又研制出新型的提取方法，主要包括动态顶空采集法、固相微萃取法、超临界流体萃取法等。在这些新型方法中，动态顶空采集法主要应用于活体植物VOC的采集，基本能够有效提取出植物VOC的组成成分。在具体采样过程中，需要根据所收集对象的大小差异，分为整株、枝条以及叶片水平的收集。整株水平的收集是将装载有植物的土壤容器整体放入生长箱进行，但很难将土壤对VOC的贡献区分出来。

VOC成分的检测技术早期使用的是带还原性气体检测器的气相色谱、便携式气相色谱；而近年来比较盛行的是痕量挥发性有机化合物在线检测技术，即质子转移反应质谱，其原理是利用被测物的质子亲和能高于水而低于高聚水的性质使物质电离，电离时分子离子产生的信号是最强的，因而可根据分子量对各组分定性，同时依据仪器内自带的标准值定量。另外，便携式光离子化检测器还可替代质谱，进行植物VOC的快速测定。

4 影响植被VOC排放速率的因素

4.1 遗传因素的影响

研究表明，受遗传因素的影响，除了VOC中的组成成分存在差异外，不同植物种所释放的VOC速率差异也很大，树种差异是决定树木VOC排放速率大小的首要因素。有研究通过实验表明，法国梧桐、龙爪槐、杨树和柳树为强异戊二烯排放树种[4]。有研究通过调查与测定表明，中国森林生态系统中排放异戊二烯的主要优势树种有栎树、杨树、毛竹、椴树、樟树、桉树、桐类[5]。在植被生长过程中，植被的生长发育状况也会影响VOC组成和含量。

4.2 温度的影响

一般温度越高，植物的VOC排放速率越大[6]。气温是影响异戊二烯和萜烯排放的主要因子，虽然其控制机制还不完全清楚，可能是因为温度对植物异戊二烯合成酶的活性有影响。气温在一定范围内时，植被排放的异戊二烯与温度呈正相关，但是，当温度高于40℃时，植物异戊二烯排放速率反而还有所下降。

4.3 光照的影响

光是影响植物光合作用积累有机物的重要因子，也是影响植物VOC释放的重要因子。植物合成和释放VOC对光产生的依赖性各异，一种是依赖光释放，另一种是不依赖光释放。通常，植物异戊二烯排放速率受光合有效辐射制约，在低光合有效辐射值下，植物异戊二烯释放极低；随着光合有效辐射增加，其排放速率迅速增加，但当光合有效辐射达到或超过一定值时，异戊二烯的排放速率达到相对稳定的状态。

4.4 其他环境因子的影响

除了光照、温度外，其他环境因子比如大气中二氧化碳浓度、氮沉降、臭氧浓度等也会影响植被的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.植物挥发性有机化合物的分析及排放特征［D］.广州：中山大学，2008.

［4］牟玉静，宋文质，张晓.落叶阔叶树异戊二烯排放研究［J］.环境化学，1999，18（1）：21-27.

［5］张莉.中国森林生态系统异戊二烯排放研究［J］.南京：南京气象学院，2002.

［6］赵美萍，邵敏，白郁华，等.我国几种典型树种非甲烷烃类的排放特征［J］.环境化学，1996，15（1）：69-74.——

〔编辑：刘晓芳〕

Q946；X51

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.138

2095－6835（2017）19－0138－02

崔凤（1985—），女，博士，高级工程师，研究方向为环境监测、大气污染防治。