夏季毛竹挥发性有机化合物日变化动态分析

王茜 王成 张中霞 段敏捷 戴子云

摘 要：为探讨夏季植物挥发物的动态变化，以福州旗山森林公园毛竹林为例，采用动态顶空气体循环采集发和热脱附、质谱连用技术等，分别对7∶00—17∶00时间段的毛竹林挥发物进行了采集鉴定分析。结果表明：毛竹林共检测出来153种化合物，主要成分为烷烃、烯烃、醇、酮、醛、酯、芳香烃和其他类化合物，全天各时间段13∶00时挥发物释放的种类最多，共103种，浓度为35%。夏季，总挥发物种类数量的日变化波动范围在76～103种，13∶00、17∶00出现全天的2个高峰，7∶00、15∶00、19∶00出现全天的3个低谷。

关键词：夏季;毛竹;挥发物;日变化

中图分类号 S795.7文献标识码 A文章编号 1007-7731（2019）19-0039-03

植物挥发物是植物在生长过程中释放出来的小分子化合物，部分成分具有清香的气味，对人体有直接或间接的保健作用，其不仅能改善环境质量，在增强植物抗性、生态保健等方面也有一定的促进作用[1]。近年来，人们对植物有机挥发物进行了大量的研究，拟创一个更有利人类健康的森林环境[2]。毛竹是禾本科刚竹属，种植面积大，是我国南方主要的庭院绿化树种之一，具有巨大的潜在的生态价值[8]，在固碳释氧、防风固沙、调节小气候等方面发挥着巨大的作用[3-5]。研究表明，竹叶含有多糖、黄铜、醛、醇等芳香物质，具有杀菌、抗氧化、抗肿瘤等作用，同时竹叶挥发油也是一种很好的天然香料，毛竹在医疗、食品、园林等行业都得到了广泛应用[6]。夏季是毛竹生长的旺盛季节，叶面积指数和叶片数量均达到峰值，为此，本研究于夏季采集了毛竹林有机挥发物，并对其化学成分进行了分析，为毛竹资源的开发提供科学依据。

1 研究地概况

采样地位于福州旗山森林公园内，公园总面积约3600hm2。属暖湿的亚热带气候，年平均气温在15～24℃，年均日照时数年在1800～2180h，年均降水量在800～2300mm，夏季降水量占全年的46%，相对湿度年均值在75%～88%。毛竹林地位于公园西南方向，面积约46hm2，林内以2～5年竹为主，夏季郁闭度约为0.95。地被覆盖植物以山杜鹃、杜茎山等为主[2]。

2 研究方法

2.1 采集和测定方法 2016年8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至晚19∶00，每隔2h采用开放式动态顶空吸附采集法，对毛竹林内的向阳背风面、健康无残缺的枝叶进行挥发物采集。每次3个重复，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。本试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[2，4]。

2.2 挥发物分析方法 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[2，4]。

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（%），计算公式为[2，4]：

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 毛竹挥发物成分分析 由图1可知，植物挥发物共153种、8类物质，包括烷烃、烯烃、醇、酮、醛、酯、芳香烃和其他类化合物。烷烃物质最多为37种，占总数量的24.18%，其次是烯烃29种，占总数量的18.92%。夏季总挥发物种类数量的日变化波动范围在76～103种。总挥发物浓度的日变化规律如下：毛竹林内TVOCs浓度的日变化呈倒“M”型，全天最高浓度出现在9∶00，数值为90%，浓度最低出现在19∶00，数值为61%。

3.2 不同类型挥发物的日变化规律 由表2可知，夏季，毛竹林内醛类挥发物在7∶00、15∶00、19∶00不存在，酸类挥发物在9∶00、11∶00、17∶00、19∶00不存在，其余各类型挥发物在全天任何时刻均存在。种数最大值集中在7∶00—9∶00、13∶00。烷烃、酮、酯、芳香类及其他类型化合物种数最大值出现在7∶00—9∶00，烯烃、醇类化合物种数最大值出现在13∶00，其他类型化合物种数的最大值出现在7∶00。夏季各类型挥发物种数上午大于下午。其原因可能是下午光照较强，为32750lx以上，温度在35℃以上，高温、高强光照导致植物气孔的部分关闭，从而导致毛竹出现光合“午休”现象，挥发物种数较少;夜间植物处于休眠状态，光合作用停止，气孔关闭，导致挥发物种类减少[7]。

3.3 对人体健康影响明显的挥发物日变化 由图2可知，夏季对人体健康有影响的VOCs数量总数为59种，日变化呈“N”型，其中对人体有益数量为37种，日变化呈“W”型，对人体不利VOCs数量有22种日变化，呈“M”型。对人体有益挥发物的数量峰值出现在13∶00，有36种，反之低谷值出现在11∶00时，有21种;对人体不利挥发物的数量峰值出现在15∶00，有21种，低谷值出现在19∶00，有8种。总体来说，下午对人体有益挥发物数量大于对人体不利挥发物数量。对人体健康影响明显的挥发物浓度日变化呈“W”型，1d中高峰期分別是7∶00、13∶00、19∶00，其中浓度最高值出现在7∶00，值为34%;低谷分别出现在9∶00、17∶00（最低值在17∶00），浓度仅为6%，且高峰期7∶00分别与3个低谷期差异显著。对人体有利挥发物浓度最高值出现在7∶00，数值为32%，最低谷出现在17∶00，数值为6%。对人体不利挥发物浓度日变化范围为0～7%。

4 结论与讨论

（1）通过对毛竹夏季挥发物解析，共检测出153种，9类物质，包括烷烃、烯烃、醇、酮、醛、酯、芳香烃及其他类化合物。烷烃物质最多为37种，占总数的24.18%，其次是烯烃29种，占总数的18.92%，烯烃中主要以а-蒎烯、长叶烯、月桂烯、石竹烯等物质为主，而酸物质种类最少，仅为1种。

（2）夏季，毛竹林内各类挥发物浓度与春季相似，烷烃浓度最高，其次为酯类化合物，再次为烯烃类化合物，排在第4位的为酮类化合物，醇、醛、芳烃类化合物浓度相差不大，酸类化合浓度最小。

（3）毛竹林对人体健康有影响的VOCs数量总数为59种，其中对人体有益数量37种，对人体不利的VOCs数量22种。对人体有益挥发物的数量峰值出现在13∶00，有36种，反之11∶00最低，有21种;对人体不利挥发物的数量峰值出现在15∶00，有21种，低谷值出现在19∶00，有8种。总体来说，下午对人体有益挥发物数量大于对人体不利挥发物数量。

通过以上结果分析，仅从竹林挥发物角度考虑，其内全天在7∶00、13∶00—15∶00比较适合游客进行休闲娱乐活动。但对VOCs的产生和释放机理的研究不能仅限于此，今后一方面要加强对不同季节的重复测定，长期持续的研究挥发物成分的动态变化;另一方面，鉴于TVOC对人体保健方面的贡献，今后在城市绿地建设中，不仅要考虑树种配置、选择、植物的养护、观赏性，还要考虑到其发挥的保健功能，其目的是满足人们对森林的游憩功能、休闲娱乐、保健养生等并举的需求[8-10]。

参考文献

[1]郑俊鸣，黄艳真，江登辉，等.园林植物挥发性气体对人体健康的影响[J].世界林业研究，2019，2（2）：1023-1032.

[2]王茜.福州旗山森林公园毛竹游憩林生态保健功能研究[D].北京：中国林科院，2015.

[3]王茜，王成，董建文.基于保健因子和动物旷场试验的毛竹林生态保健功能研究[J].西北林学院学报，2018，33（5）：269-277.

[4]张晶.无锡惠山地区秋季毛竹游憩林生态保健功能研究[D].北京：中国林业科学研究院，2012.

[5]周海凤，金莎，蒋璐璐，等.长白山15种常见植物的挥发物对昆虫行为学影响的初步研究[J].安徽农学通报，2018，24（19）：47-50

[6]卢进，刘志韬，李莉玲，等.三种楝科植物的挥发物成分分析[J].湖北农业科学，2016（02）：576-582.

[7]杜永均，严福顺.植物挥发性次生物质在植食性昆虫、寄生植物和昆虫天敌关系中的作用机理[J].昆虫学报，1994（2）：134-141.

[8]陈智明，邓真，过赋文，等.3种棕榈科植物挥发物成分分析[J].安徽农业科学，2017，45（35）：152-154.

[9]任红剑，丰震，王超.元宝枫花的挥发成分研究[J].天津農业科学，2016，22（10）：7-14.

[10]贾晓轩.北京地区银杏、红松纯林挥发性有机物释放研究[D].北京：中国林业科学研究院，2016.

（责编：张宏民）