公园游憩林挥发物日变化规律及其与环境因子的关系

艾洪彦 艾洪清 王茜

[摘 要] 本研究采用动态顶空吸附法，对福建柏游憩林夏季释放的挥发物（VOCs）进行采集，分析挥发物的主要成分以及各组成物质、浓度的日变化规律，以及其与环境因子的相关性，结果表明：福建柏林内夏季挥发物数量总数为165种，总挥发物数量日变化呈“W”形，13：00—15：00出现高峰期，01：00—03：00出现低谷期，对人体有益挥发物主要出现在13：00，对人体不利挥发物主要出现在01：00—03：00;挥发物浓度基本与温度、光照强度呈正比，与空气湿度、风速呈反比，其日变化规律与温度和光照强度的日变化规律一致性较强。

[关键词] 夏季;游憩林;挥发物;日变化

[中图分类号] S718.5 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2020）26-55-4

揮发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）通常是指人类活动（或者其他生物代谢）排放到空气中的有机化合物的总称[1]。植物的组织和器官能在自然状态下释放挥发性有机化合物，这些物质分子量一般在100～200，这些挥发性有机化合物具有芳香气味，杀死真菌、细菌的同时能阻止林分中的病虫害发生，并且抑制杂草生长[2，3]，人们将其称为“植物杀菌素”[4]。早在数百年前就有人发现植物精气在医疗保健方面发挥着重要作用，但当时由于科技水平有限，对其内部机理的研究尚不明朗。随着研究方法和科学技术的日新月异，近年来各国学者对植物精气的内部组成、外界影响因素等方面开展了广泛深入的研究，并且成果显著[5-7]。有研究发现侧柏林内挥发物的主要成分是烷烃、酮、酸、醛等物质，而且不同季节受挥发物的组成、挥发物的数量、环境因素的影响，出现高峰和低谷的时间各异。因此，本研究以南方珍稀树种福建柏游憩林为例，对其夏季植物处于生长旺盛时期释放的挥发物进行采集，对植物有机挥发物的组成、浓度以及与环境因子的相关性进行分析，为游客合理利用福建柏林开展森林游憩活动和福建柏的经营管理提供一定的指导。

1 研究地概况

研究区位于福州旗山森林公园，总面积约为3 854 hm2，年均气温约为18 ℃，年均日照时间约为2 178 h，年均降水量约为2 147 mm。旗山森林公园夏季降水量约占全年的51%左右，年均相对湿度约为81%，气候类型属于暖湿的亚热带气候。研究样地福建柏林位于旗山公园东南方向，面积约42 hm2，其夏季郁闭度约为0.8左右，林龄8～12 a，平均树高11.0 m，平均胸径13.4 cm，平均枝下高1.4 m，林下植被以山杜鹃、野草莓、杜茎山等为主[3，4]。

2 研究方法

2.1 数据的采集和测定方法

本试验于2018年7月上、中、下旬分别选择晴朗且无风的天气5 d，每日采用开放式动态顶空吸附采集法，从07：00至次日05：00间隔2 h对林内的向阳背风面且健康无残缺的枝叶进行植物挥发物的采集，每次设置3个重复，采样时间为1 h，气体流量调节为100 mL/min，采样高度为人体平均呼吸高度约1.5 m。本研究所采用的QC-1型大气采样仪由北京市劳动保护所提供，采样管选用美国公司生产的TCT金属采样管[3，4]。

2.2 植物挥发物的分析方法

植物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型号分别为TurboMatrix560ATD、Clarus 700TGC、Clarus 800T MS，均由美国（VARNIAN）公司生产[3，4]。

自动热脱附工作条件：温度—样品管脱附温度设置为280 ℃，阀温设置为250 ℃，传输线温度为250 ℃，捕集阱温度范围为-25～300 ℃，升温速率50 ℃/s;流速—脱附30.0 mL/min，色谱柱流量设置为1.8 mL/min，出口分流为25.0 mL/min，入口分流为0.0 mL/min，注入率为8.1%;干吹时间为45 min，脱附时间为15 min[3，4]。

气相色谱工作条件：规格为30 m×0.36 mm×0.25 μm的色谱柱（Elite-5/MS柱），通过液氮脱附进样，氦气为载气;程序升温过程为45 ℃保持5 min，之后以10 ℃/min的升温速率升至280 ℃保持5 min[3，4]。

质谱联用工作条件：EI源，电子能量为80 ev，质量范围为30～360 amu;GC/MS接口温度为280 ℃，离子源温度约为210 ℃，发射电流为150 μA，检出电压约为500 V，质谱扫描范围为20～450 m/z[3，4]。

利用TM Software5.0得到总离子流程图，各峰代表的化学信息通过计算机检索NIST2011谱库进行筛选和确认，并查阅相关资料或化工辞典进行最终的确认及筛选，确定挥植物挥发物成分，同时计算各成分的相对浓度和含量的数值等[3，4]。

2.3 试验数据的计算方法

采用面积归一化法计算各挥发物成分在样品气体中的浓度含量，具体计算公式如下：某有机挥发物出现的概率/%=测到该有机挥发物的样管数目/该日样管的总数目，样品气体中总挥发物的浓度/%=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[3，4]。

3 结果与分析

3.1 福建柏林内挥发物数量和浓度变化

检索出福建柏林植物挥发物共165种，鉴定出157种物质，另有8种未鉴定出。林内空气挥发物种类繁多，共9类物质，由烷烃、烯烃、醇类、酸类、酮类、酯类、醛类、芳香烃类及其他类化合物组成。其中，烷烃类、烯烃类、醇、芳香烃相对含量最高，烷烃类物质最多为62种，占总数量的37.58%;其次是烯烃类物质35种，占总数量的21.21%，烯烃类物质以长叶烯、а-蒎烯、石竹烯、月桂烯等为主;再次为醇类物质25种，占总数量的15.15%，芳香烃类物质18种，占总量的10.91%;酸类物质种类最少，仅为3种。这说明夏季福建柏林生理活性强，产生的次生代谢产物种类较丰富。夏季，植物总挥发物种类数量的日变化波动范围在65～152种，13：00、19：00、07：00出现全天的3个高峰，挥发物种类数分别为152、124、118种，09：00、17：00、01：00出现全天的3个低谷，挥发物种类数分别为105、117、65种（见图1）。