福建柏游憩林内挥发物成分春季日变化规律研究

王茜 王成 任彬彬 张中霞 段敏杰 戴子云

摘 要：采用动态顶空法，于2015年春季对福建柏林内挥发物进行采集并分析，结果表明：春季福建柏林内共检测出170多种物质，鉴定出163种，另有9种物质未鉴定出;烷烃、烯烃、醇类、酮类物质较其他类物质时浓度高，是福建柏林内挥发物的主要成分;福建柏林中烯烃类化合物大部分是萜烯类，环境因素如光照强度、温湿度等对植物挥发物的释放起着决定性作用。

关键词：春季;福建柏;挥发物;日变化

中图分类号 S79文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）16-0020-03

植物挥发性有机化合物（简称VOCs）不仅是植物释放出来的，具有芳香气味或对人体有保健作用的化学物质，也是重要的化学信息传递物质，在抑制空气微生物的生长、对环境的氧化还原状态的改变，以及对空气对流层化学成分的改变以及全球碳循环等方面均具有重要的作用[1-3]。福建柏是南方常见的绿化树种之一，为我国特有的单种属植物，在研究柏科植物系统发育方面具有重要意义。因其树形美观、树干通直、适应性强、材质优良等优点，已成为我国南方地区重要的用材树种，同时也是庭院绿化的首选树种[3-5]。对其保健功能尤其是釋放有机挥发物的研究，为福建柏的合理应用和配置，充分发挥植物挥发有益VOCs的保健功能，丰富城市常见绿化树种的生态美、促进视觉美和嗅觉美的统一等都具有重要的现实意义。春季是植物释放VOCs数量和浓度较高的时期，为此，本研究以春季福州旗山森林公园福建柏为试验对象，采用动态顶空吸附法对其林内释放的挥发物进行24h采集，对挥发物数量和浓度的日变化规律进行了分析。

1 研究地概况

研究区选择在福州旗山森林公园内，公园总面积约3600hm2，气温年均值在15～24℃，日照数年均值在1800～2180h，降水量年均值在800～2300mm，夏季降水量占全年的46%，相对湿度年均值在75%～88%，属于暖湿的亚热带气候。福建柏林地位于公园西南方向，面积约35hm2，夏季郁闭度0.8，林龄10年，平均树高8m，平均胸径10.2cm，平均枝下高1.5m，林下植被有野草莓、山杜鹃、杜茎山等[3]。

2 研究方法

2.1 采集和测定方法 本实验于2015年4月上、中、下旬，分别选择晴朗无风或微风的天气3d，每天从早7∶00至次日5：00，每隔2h采用开放式动态顶空吸附采集法，对福建柏林内的向阳背风面、健康无残缺的枝叶进行挥发物采集。重复3次，每次采样1h，气体流量设置为100mL/min，采样高度为1.5m人体平均呼吸高度。本实验大气采样仪是由北京市劳动保护所提供的QC-1型采样仪，采用管选用美国进口的TCT金属采用管[3-4]。

2.2 分析方法 挥发物的分析鉴定采用自动热脱附（ATD）-气相色谱（GC）/质谱联用（MS）技术，ATD-GC/MS型号：TurboMatrix650ATD、Clarus 600TGC、Clarus 600T MS，均由美国VARIAN公司生产[3-4]。ATD工作条件：温度—样品管脱附温度260℃，阀温230℃，传输线250℃，捕集阱-25℃～300℃，升温速率40℃/s。流速—脱附25mL/min，色谱柱流量1.5mL/min，出口分流15mL/min，入口分流0mL/min，注入9.3%。干吹时间31min，脱附时间10min[3-4]。GC工作条件：Elite-5/MS柱（30m×0.36mm×0.25μm）的色谱柱，进样通过液氮脱附，He为载气;程序升温过程为：40℃保持2min，然以5℃/min升温速率升至270℃保持3min[3-4]。MS工作条件：EI源，电子能量为70ev，质量范围为29～350amu;GC/MS接口温度为250℃，离子源温度为190℃，发射电流为100μA，检出电压为400v，质谱扫描范围为19～430m/z[3-4]。利用TM Software4.0得到总离子流图，通过计算机检索NIST2008谱库进行确认和筛选各峰代表的化学信息，并查阅相关化工辞典或参考相关资料进行最后确认及筛选，确定挥VOCs成分，同时计算各成分的相对浓度等。

2.3 试验数据计算 采用面积归一化法计算各成分在样品气体中的浓度（%），公式如下[3-4]：

测到该物质的样管数目/该日样管的总数目=某物质出现的概率; （1）

植物释放的所有气体峰面积之和/样品所有气体峰面积之和=样品气体中总挥发物的浓度（%） （2）

3 结果与分析

3.1 福建柏林内的挥发物成分 福建柏林内共检测出170多种挥发物质，鉴定出163种，另有9种物质未鉴定出。由图1可知，VOCs的数量的日变化呈倒“V”型，15∶00挥发物的数量最多，1∶00最少，用单因素方差分析得出15∶00与1∶00差异极显著（P<0.01）。福建柏林内挥发物共10种，包括烷烃、烯烃、醛、酮、酸、脂、芳香烃等其他类化合物。其中，烷烃、烯烃、醛、酮、芳香烃在总挥发物中含量较高，尤其是烷烃共检测出47种物质，占总挥发物物质数量的28.81%，而酸类物质最少，仅5种，占总挥发物物质数量的3.06%。烯烃类物质的数量次之，在本研究的开放状态下检测出26种物质，包括а-蒎烯、β-蒎烯、长叶烯、月桂烯、石竹烯、柠檬烯、水芹烯、а-金合欢烯和香芹烯等。

3.2 福建柏林内挥发物浓度 福建柏林内VOCs的浓度的日变化呈“M”型。从凌晨1∶00开始一直升高，直至15∶00达到全天的最高峰，之后直到21∶00浓度逐渐下降，但23∶00左右挥发物浓度又稍有反弹，随后直1∶00又开始下降，总体来看，白天的浓度高于夜间。对不同时间段挥发物浓度进行方差分析得出，15∶00与1∶00差异极显著（P<0.01），15∶00与3∶00、5∶00、7∶00、9∶00时间段差异显著（P<0.05），与其他时间段差异不显著。从图1可以看出，随着温度的升高，挥发物的浓度基本变大;随着相对湿度的增大，浓度降低。说明VOCs与空气温度呈正比，与相对湿度呈反比（1∶00—3∶00时间段除外）。

3.3 福建柏林内主要挥发物浓度 对福建柏林内各种挥发物进行鉴定后，结果表明：烷烃、烯烃、醇类、酮类物质较其他类物质浓度较高，是福建柏林内挥发物的主要成分（图2）。

3.3.1 烷烃浓度日变化 从图2可以看出，烷烃浓度日变化呈“N”型，3∶00—7∶00时间段浓度差异不明显，而11∶00之后，烷烃浓度开始迅速上升至15∶00时最高，浓度为11.5%，之后浓度开始下降一直到23∶00出现全天的最低谷，值仅为2%左右，随后至9∶00浓度缓慢回升，且夜间浓度低于白天。对全天各个时段挥发物浓度值进行多重比较单因素方差分析结果表明：15∶00与23∶00差异极显著（P<0.01），与其他监测时间段除13∶00外均差异显著（P<0.05）。

3.3.2 烯烃浓度日变化 烯烃浓度的日变化呈“三峰两谷”型，3个高峰出现在7∶00、21∶00、5∶00，2个低谷期出现在13∶00和3∶00，全天来看浓度变化波动较大。7∶00第1个小高峰之后，挥发物浓度开始下降，到13∶00降到全天的最低值，之后浓度开始反弹一直升高，至夜间21∶00出现全天的第2个高峰，随后由于温度、湿度等环境的影像浓度又开始回落至3∶00前后降到第2个低谷。从多重比较单因素方差分析结果看出，高峰期7∶00、21∶00、5∶00与低谷期13∶00、3∶00差异极显著（P<0.01），与其他时间段9∶00、17∶00-19∶00和23∶00差异不显著，与11∶00、15∶00差异显著（P<0.05）。

3.3.3 醇类物质日变化 醇类物质浓度的日变化呈“W”型，5∶00、7∶00和17∶00出现全天的3个高峰，13∶00和23∶00出现全天的2个低谷，具体的日变化规律与烯烃相似，只是出现第2个高峰个第2个低谷的时间比烯烃滞后2h。用多重比较单因素方差分析结果显示，3个高峰期分别与2个低谷期浓度值差异极显著（P<0.01），而3个高峰期5∶00、7∶00和17∶00之间浓度差异不显著，13∶00和23∶00这2个低谷值之间浓度差异不显著。

3.3.4 酮类日变化 酮类物质的日变化呈单峰曲线，早7∶00浓度开始逐渐升高，13∶00左右基本保持平缓的趋势升高，但是13∶00—17∶00挥发物浓度直线上升并出现全天的峰值，之后随着温度的降低，光照的减弱至21∶00前后一直处于下降状态，21∶00后浓度开始趋于平缓，基本保持在1%左右。用多重比较单因素方差分析结果显示，17∶00与全天其他时刻差异均显著，说明17∶00受天气条件等外界因素的综合影响促使酮类挥发物的释放。

4 结论与讨论

（1）春季福建柏林内共检测出170多种物质，鉴定出163种，另有9种物质未鉴定出。VOCs的数量的日变化呈倒“V”型，15∶00挥发物的数量最多，1∶00最少，用单因素方差分析得出15∶00与1∶00差异极显著（P<0.01）。VOCs的浓度的日变化呈“M”型，从凌晨1∶00开始一直升高，直至15∶00达到全天的最高峰，之后直到21∶00浓度逐渐下降，但23∶00左右挥发物浓度又稍有反弹，随后1∶00又开始下降，总体来看，白天的浓度高于夜间。说明春季福建柏生理活动旺盛，挥发物的数量和浓度均较高[5-6]。

（2）烷烃、烯烃、醇类、酮类物质较其他类物质浓度较高，是福建柏林内挥发物的主要成分。烷烃浓度的日变化呈“N”型，烯烃浓度的日变化呈“三峰两谷”型，3个高峰出现在7∶00、21∶00、5∶00，2个低谷期出现在13∶00和3∶00，醇类物质浓度的日变化呈“W”型，5∶00、7∶00和17∶00出现全天的3个高峰，13∶00和23∶00出现全天的2个低谷，而酮类物质的日变化呈单峰曲线。

（3）福建柏林中烯烃类化合物大部分是萜烯类，研究发现，它的产生是储存在特定的组织结构中，而不是立刻释放出来的，一般是到储存量最大时，使萜烯类分压保持恒定，一旦气孔开放，萜烯类等化合物就立刻被释放出来[7-8]。可见，外界因素如光照强度、温湿度等对植物挥发物的释放起着决定性作用。因此，今后要加强对气候因子与其关系的研究，更加深入全面的研究挥发物的释放机理[9-10]。

参考文献

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（责编：张宏民）