山东省植物源挥发性有机物排放特征.pdf

山东省植物源挥发性有机物排放特征赵丹青，伦小秀*，王强，吴鞠，王璇，冯如帆北京林业大学环境科学与工程学院，北京100083摘要：山东省夏季主要大气污染物为臭氧(O3)，植物源挥发性有机物(BVOCs)作为 O3生成的重要前体物，其排放量的准确计算将在大气污染防治中起到重要作用.本文对山东省 9 个优势树种降雨前后的 BVOCs 排放速率和相关气象因子进行实地监测，采用 G95 光温模型-遥感叶生物量校正法，结合树种蓄积量信息，计算得到山东省 BVOCs 排放总量.结果表明：山东省 2021 年BVOCs 总排放量为 256 837.21 t，排放物质以异戊二烯(25.75%)和含氧 VOCs(36.61%)为主，单萜烯(18.20%)、倍半萜烯(5.83%)和其他 VOCs(13.61%)相对较少.森林和农田是主要的 BVOCs 排放源，排放量占比分别为 58.81%和 32.07%.BVOCs 排放量较大的 4 个城市分别为临沂市(11.92%)、潍坊市(9.81%)、济南市(9.53%)和烟台市(9.09%).针叶树种侧柏(Platycladusorientalis)、赤松(Pinus densiflora)，阔叶树种白蜡(Fraxinus chinensis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、杨树(Populus tomentosa)、栎树(Quercus mongolica)、柳树(Salix babylonica)7 个树种 BVOCs 排放速率在降雨后均显著降低，降幅在 20.71%93.94%之间.研究显示，山东省夏季 BVOCs 排放量较高，具有明显的季节性特征；降雨可不同程度地降低植被 BVOCs 排放量，夏季 O3污染高发期可通过人工降雨或洒水降低 O3前体物浓度，削减 O3生成.关键词：植物源挥发性有机物(BVOCs)；排放量；山东省；降雨影响中图分类号：X610文章编号：1001-6929（2023）08-1487-11文献标志码：ADOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2023.05.06Emission Characteristics of Biogenic Volatile Organic Compounds in ShandongProvinceZHAO Danqing，LUN Xiaoxiu*，WANG Qiang，WU Ju，WANG Xuan，FENG RufanCollege of Environmental Science and Engineering,Beijing Forestry University,Beijing 100083,ChinaAbstract：Ozone(O3)is the main air pollutant in Shandong Province in summer.As an important precursor of O3 formation,accuratecalculation of biogenic volatile organic compounds(BVOCs)emissions will play an important role in the prevention and control of airpollution.In this study,the BVOCs emission rate and related meteorological factors of 9 dominant trees in Shandong Province before andafter precipitation were monitored.G95 light-temperature model-remote sensing leaf biomass correction method was used in combinationwith tree stock information.The total amount of BVOCs emissions in Shandong Province was calculated.The results showed that:(1)Thetotal emission of BVOCs in Shandong Province in 2021 was 256,837.21 t,the main emissions were isoprene(25.75%)and oxygencontaining VOCs(36.61%).Monoterpene(18.20%),sesquiterpene(5.83%)and other VOCs(13.61%)were relatively low.(2)Forests andfarmland were the main sources of BVOCs emissions,accounting for 58.81%and 32.07%,respectively.(3)The four cities with the largestBVOCs emissions were Linyi (11.92%),Weifang (9.81%),Jinan (9.53%)and Yantai (9.09%).(4)The BVOCs emission rates ofconiferous species Platycladus orientalis,Pinus densiflora,broad-leaved species (Fraxinus chinensis),Robinia pseudoacacia,poplar(Populus tomentosa),oak(Quercus Linn)and willow(Salix babylonica)decreased significantly after precipitation(20.71%-93.94%).Thestudy shows that the BVOCs emissions in summer in Shandong Province are high,with obvious seasonal characteristics.Rainfall canreduce the vegetation BVOCs emissions to varying degrees.The concentration of O3 precursors can be reduced by artificial rainfall orwatering in the peak period of O3 pollution in summer.Keywords：biogenic volatile organic compounds(BVOCs)；emission amount；Shandong Province；influence of precipitation 收稿日期：2023-02-12修订日期：2023-05-08作者简介：赵丹青（1997-），女，山东临沂人，.*责任作者，伦小秀(1975-)，女，山东潍坊人，教授，博士，博导，主要从事大气污染控制研究，基金项目：国家自然科学基金项目(No.42077454)；大气重污染成因与治理攻关项目(No.DQGG202126)Supported by National Natural Science Foundation of China(No.42077454);National Research Program for Key Issues in Air Pollution Control,China(No.DQGG202126)第 36 卷第 8 期环境科学研究Vol.36，No.82023 年 8 月Research of Environmental SciencesAug.，2023 植被挥发性有机化合物(BVOCs)较人为源挥发性有机化合物(AVOCs)排放量更高且更具活性1-2，在全球范围内对大气对流层化学、碳收支、臭氧(O3)形成产生重大影响3，并进一步影响气候变化4-5.山东省位于我国东部沿海，与我国 PM2.5和 O3污染严重的城市群京津冀地区的空气污染输送路径重合.近年来，山东省实施新发展理念(降碳减污扩绿)，绿地面积增加，2021 年山东省森林覆盖率为14.16%，林地面积达 22 381 km2，此外还有大面积农田(108 891 km2)、草地(974 km2)和灌木林(2 352 km2)6-7.夏季是 O3污染高发季8，也是植物排放 BVOCs 的主要季节9，这些植物排放的 BVOCs 会对 O3生成产生重要贡献，因此研究山东省 BVOCs 排放特征、准确计算 BVOCs 排放量已成为山东省大气污染防治的关键一环.当前针对山东省 VOCs 的研究主要集中于人为源，如大气中 VOCs 组分浓度及其对 O3、二次有机气溶胶等空气污染的贡献等10.对天然源排放的BVOCs 组分和清单关注较少，山东省缺乏详细的BVOCs 组分排放清单数据.多数研究仅将异戊二烯作为典型植物源挥发性有机物示踪物，而单萜烯、倍半萜、含氧 VOCs 等其他 BVOCs 组分往往被忽略11.这可能导致 BVOCs 对 O3形成的贡献被低估12-15.与此同时，山东省属于温带季风气候，降雨集中且雨热同期，探究降雨对植物排放 BVOCs 速率的影响有助于更为精确地掌握山东省 BVOCs 排放特征.因此，该研究通过对 9 个山东省主要优势树种杨树(Populus tomentosa)、黑松(Pinus thunbergii)、赤松(Pinus densiflora)、侧柏(Platycladus orientalis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、白蜡(Fraxinus chinensis)、栎树(Quercus Linn)、油松(Pinus tabuliformis)、柳树(Salix babylonica)降雨前后 BVOCs 排放特征及环境因子实地监测，探索降雨对主要树种排放 BVOCs 速率的影响.并将测得主要树种的排放速率换算为标准排放因子光合有效辐射为 1 000 mol/(m2s)、温度为 30 下的排放速率，结合山东省各树种不同龄级的蓄积量数据，采用 G95 光温模型-遥感叶生物量校正法，计算得到山东省 BVOCs 排放总量，建立山东省 BVOCs 排放清单，以期为区域突发性空气污染事件形成前的应急政策制定提供科学参考.1 材料与方法 1.1 植物排放 BVOCs 的采集与分析采用动态顶空法采集植物排放的 BVOCs(见图 1)，采样时以 10 L 聚氟乙烯采样袋(TF-402-10，大连德霖气体包装有限公司)将植物目标部分罩住，用 FEP软管(内径 6 mm，外径 8 mm，上海汇荆机电设备有限公司)连接采样泵(QC-1B，北京市科安劳保新技术公司)排空袋内气体，再通入经活性炭、O3脱除柱(填充颗粒 KI 1.42.5 g，宁波环测实验器材有限公司)净化后(去除空气中的水分及 VOCs)的空气，充气完成后使气流循环，气体流速为 200 mL/min.待植物稳定 30 min 后连接填充 Tenax TA、Carbograph 1、Carbosieve SIII 的吸附管(填充吸附剂颗粒粒径为0.180.25 mm，Camsco 公司，美国)，并开始循环采样，采样时间为 1 h.采样袋吸附剂填充柱气流方向O3去除率活性炭植株硅胶大气采样泵图 1 动态顶空采样装置Fig.1 Dynamic headspace sampling installation diagram 使用美国 PerkinElme 公司 Turbo Matrix 650ATD-Clarus 600 型 GC-MS 色谱仪进行样品分析，相关参数参考文献 16.采用外标法定量各化合物的峰面积，线性拟合 R20.99.标准物稀释及标曲制作方法参考文献 17.使用 TurboMass 5.4.2 软件对 BVOCs 进行定性和定量.将大于基线噪声 10 倍的色谱峰与商用数据库(NIST 2017)的质谱图进行比较，每种化合物的定性相似度应在 90%以上.1.2 影响 BVOCs 排放的相关环境因子监测选择同一棵树的朝南树冠中部枝叶，在光照充足的晴天采集雨前植物 BVOCs 排放速率，降雨停止后采集雨后 BVOCs 排放速率.采样时间为 2022 年，每次采集3 个平行样，采样期间使用气象仪(Kestrel 4000 型，Kestrel，美国)测定植物周边的温度、湿度，使用光传感器(SKP 215 PAR Quantum 型，Skye Instruments，英国)测定光合有效辐射(PAR)、使用土壤湿度仪(PH328 型，东莞万创电子制品有限公司)测定土壤湿度.该研究以环境温度代替叶温，动态顶空采样法由于技术限制，阳光直射下会出现采样袋内温度升高、水蒸气积累等情况，为避免该情况并减小误差，将采样位置设置于非阳光直射部位.可以发现，降雨后通常伴随温度降低以及空气湿度、土壤湿度增加等情况(见表 1).1488环境科学研究第 36 卷 1.3 排放速率计算方法优势树种 BVOCs 排放速率计算公式：ER=m/(tM)（1）式中：ER 为每个树种的排放速率，g/(gh)；m 为测得的 BVOCs 成分含量，g；t 为采样时间，h；M 为采样枝条的叶生物量(干质量)，g.1.4 排放量计算方法根据 Guenther 等18提出的“G95”光温模型，加入遥感实测月际叶生物量校正因子，在国家森林资源平台(http:/)获得山东省各地级市优势树种不同龄级蓄积量.将各树种排放的 BVOCs 分为五类，分别为异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯、含氧VOCs(如醇、醛、酮、有机酸等)及其他 VOCs(如低碳烷烃、芳香烃等)，计算山东省不同树种各龄级BVOCs 排放总量.1.5 参数的确定 1.5.1 标准排放因子根据 2021 年山东省各树种蓄积量由高到低选择杨树、黑松、赤松、侧柏、刺槐、白蜡、栎树、油松、柳树共 9 个树种，合计占山东省森林总蓄积量的83.73%，对上述优势树种的 BVOCs 排放速率进行实测.并将计算得到的排放速率换算为标准排放因子，换算公式参考文献 18.异戊二烯进行光、温两次校正，其他四类组分(单萜烯、倍半萜烯、含氧 VOCs 及其他 VOCs)进行温度校正.对于其他蓄积量较少的树种，异戊二烯、单萜烯标准排放因子选取笔者所在研究组在华北其他地区开展的观测数据，少数倍半萜烯、含氧 VOCs、其他 VOCs 等无观测数据的树种选取国内外或同科属植物排放值19.目前，国内灌木及农田 BVOCs 排放量多利用 MEGAN 模型计算，为增强与其他研究的可比性，灌木及农田标准排放因子选自 MEGAN 模型内部数据20.1.5.2 叶生物量在国家森林资源平台获取山东省各地级市不同树种、龄级蓄积量（非公开数据），参考文献 21 依据蓄积量估算叶生物量的方法计算植物叶生物量B，见式(2)，不同龄级树种叶生物量计算时所用参数不同.B=V(DT/PT)PL106（2）式中：V 为树种蓄积量，m3；DT为树干基本密度 t/m3，取自中国主要树种的木材物理性质22；PT、PL分别为树干、树叶在乔木层总生物量中的占比，取自中国森林生态系统的生物量和生产力23、中国主要森林类型生物生产力格局及其数学模型24.月度叶生物量数据利用遥感数据反演进行校正，山东省 1 月叶生物量最低，校正因子为 0.001；2 月、3 月、4 月、5 月、6 月、7 月的校正因子分别为 0.045、0.083、0.248、0.742、0.913、0.986；8 月叶生物量最高，校正因子为 1.000；9 月、10 月、11 月、12 月的校正因子分表 1 采样环境条件Table 1 Environment condition during sampling period项目采样日期采样时段空气湿度/%温度/PAR/mol/(m2s)土壤湿度/%降雨量/mm侧柏雨前2022-07-2010:0011:0034.4735.3185.4039.9雨后2022-07-0810:0011:0063.2027.2441.0059.228.5白蜡雨前2022-08-1010:0011:0032.6031.9210.6729.3雨后2022-08-2210:0011:0049.6032.2473.3058.422.8刺槐雨前2022-08-1014:0015:0049.6031.9210.6727.3雨后2022-08-2314:4515:4554.2026.3151.5756.519.1黑松雨前2022-08-1110:0011:0063.6731.21 136.7860.9雨后2022-08-1610:0011:0059.2930.8699.0065.59.8杨树雨前2022-08-0311:0012:0015.4033.41 048.5638.9雨后2022-08-1514:0015:0066.4325.6236.6761.39.8赤松雨前2022-10-2210:0011:0046.3020.3881.0045.3雨后2022-10-2211:0012:0072.4324.5486.6763.918.7栎树雨前2022-07-1515:0916:0917.3732.1863.8932.7雨后2022-08-1714:4515:4568.7026.6136.2355.916.9油松雨前2022-08-1214:0015:0016.7022.6182.2728.9雨后2022-08-1814:0015:0068.4522.11 491.3358.716.9柳树雨前2022-09-2610:0511:0517.8029.2195.0030.7雨后2022-10-1710:0011:0059.9019.6207.6760.515.7第 8 期赵丹青等：山东省植物源挥发性有机物排放特征1489别为 0.838、0.408、0.122、0.029.1.5.3 气象数据山东省温度、光合有效辐射小时平均值来源于中国气象局，使用陆面数据同化系统(CLDAS-V2.0)近实时产品数据集地面观测数据(http:/ 结果与讨论 2.1 山东省 BVOCs 排放清单 2.1.1 山东省树种 BVOCs 排放量数据通过 G95 光温模型-遥感叶生物量校正法，结合山东省各地区光合有效辐射、温度数据计算 BVOCs排放清单.由表 2 可见：山东省 2021 年 BVOCs 排放总量为 256 837.21 t.其中，森林和农田的排放量分别为 151 049.56 t(58.81%)和 82 377.72 t(32.07%)；灌木及草地排放量较少，分别为211 19.06 t(8.22%)和2 290.87 t(0.89%).含氧 VOCs 和异戊二烯是排放量较大的两类物质，排放量占比分别为 36.61%和 25.75%，单萜烯(18.20%)次之，其他 VOCs(13.61%)和倍半萜烯(5.83%)较少.从山东省 BVOCs 排放清单可以看出，树种间排放组分差异较大，阔叶树主要排放异戊二烯(53.32%)；针叶树主要排放单萜烯(67.11%)；农田主要排放含氧 VOCs(60.81%)，萜烯类物质排放较少；灌木和草地都主要排放含氧 VOCs.农田和森林是BVOCs 排放的两大主体，二者排放的化合物在组分上有较大差异，农田排放的含氧 VOCs 主要包括甲醇、乙醛和乙醇等低分子碳氢氧化合物，其他 VOCs 多为 C2C4的低分子碳氢化合物，如乙烯、乙烷等25-26；而森林乔木中含氧 VOCs 主要包括高分子(C5C20)的酸、醇、醛、酮，其他 VOCs 主要是烷烃、芳香族化合物和含氮物质.表 2 山东省 BVOCs 排放清单Table 2 BVOCs emission inventory of Shandong Province植被类型植被类型排放量/t异戊二烯单萜烯倍半萜烯含氧VOCs其他VOCs合计阔叶树种杨树38 458.084 103.716 337.9223 059.247 543.3279 502.26其他软阔10 542.32894.547.0310.72894.5412 349.15刺槐4 076.15243.180.002 407.07188.896 915.29栎类2 278.19146.041 212.371 350.29315.485 302.37其他硬阔1 990.56118.760.001 175.4892.243 377.04山杨2 469.0918.470.4723.6770.842 582.53柳树735.32139.6222.04152.41425.091 474.48泡桐350.75145.56129.75249.01382.321 257.39板栗16.791 096.222.0421.62115.801 252.47榆树7.9448.6519.2623.5848.65148.08核桃66.010.004.580.0057.25127.84水曲柳102.354.960.010.1414.05121.52银杏12.9450.830.150.2322.8386.97白蜡树0.009.025.2043.9813.5571.75柿树8.2821.460.400.066.0736.28桉树13.382.030.070.661.0217.16楝树0.480.090.0111.091.3313.00黄波罗0.289.560.020.180.0010.04椴树3.413.380.030.330.307.46杜仲3.650.550.010.020.694.93枫香3.220.980.010.110.034.34胡桃楸0.001.500.000.180.051.74漆树0.320.030.000.000.030.38樟木0.000.010.000.360.000.37白桦0.050.000.000.000.050.10厚朴0.000.010.000.030.000.04栓皮栎0.010.000.000.000.000.021490环境科学研究第 36 卷 2.1.2 山东省 BVOCs 排放的林龄分布特征森林植被分布及森林经营特点决定了山东省BVOCs 主要由幼龄林(42.90%)及中龄林(33.72%)排放(见图 2).杨树、柳树是应用最多的用材树种，种植量较大，柏树、栎类、白蜡为高价值的用材树种，板栗为经济树种.用材林和经济林追求经济效益最大化，低龄化采伐由来已久，80%以上树木在 10 年生之前被砍伐27，因此主要为幼龄林及中龄林.刺槐为山东省本土树种，以自然生长为主，各龄级均匀分布28.黑松、赤松等主要为山地林及海岸带防护林，主要分布在烟台市、威海市、青岛市、泰安市、临沂市、济南市等地区，已实现自然更新.松树林是山东省最重要的沿海防护林体系29，多为 20 世纪五六十年代种植，已进入成熟、过熟阶段，天然更新是主要更新方式.2.1.3 山东省 BVOCs 排放空间分布特征BVOCs 排放量呈南高北地低的特征，高排放区域主要集中在鲁东和鲁南等地区(见表 3)，排放量较大的 4 个城市分别是临沂市(30.62103 t，占 11.92%)、潍坊市(25.21103 t，占 9.81%)、济南市(24.49103 t，占 9.53%)和烟台市(23.36103 t，占 9.09%).这些地区林木蓄积量和农田作物种植量比其他地区更多，杨树和玉米是主要排放源.续表植被类型植被类型排放量/t异戊二烯单萜烯倍半萜烯含氧VOCs其他VOCs合计针叶树种黑松0.0015 192.381 890.563 225.68487.4920 796.11柏木0.005 118.292 796.611 896.60598.2010 409.71赤松0.002 584.47311.15265.1938.183 198.98油松0.001 405.0757.27134.5016.541 613.38其他松类92.8173.9312.461.7173.93254.85樟子松0.816.801.358.5127.3644.82其他杉类7.8427.440.513.200.3939.38水杉0.485.832.691.614.0314.63火炬松0.040.680.441.993.416.57华山松0.043.150.200.311.535.24乔松0.000.420.150.070.050.68高山松0.000.180.000.000.010.19落叶松0.000.000.000.000.000.01农田玉米401.126 539.92965.1323 842.947 468.8339 217.93小麦272.384 796.68707.8717 487.525 477.9928 742.45花生66.421 066.23157.353 887.231 217.686 394.91豆类25.91414.9361.231 512.73473.862 488.67棉花20.10342.1850.501 247.51390.782 051.07薯类17.69290.9042.931 060.55332.221 744.29谷类18.01282.0441.621 028.24322.101 692.00油菜0.507.731.1428.198.8346.39灌木3 866.111 508.92130.378 802.406 811.2621 119.06草地213.357.992.881 071.14995.522 290.87合计66 143.1846 735.3514 975.7894 038.2834 944.61256 837.21杨树 黑松 赤松 柏木 刺槐 白蜡 栎类 油松 山杨 板栗 柳树0102030405060708090100占比/%树种过熟林成熟林近熟林中龄林幼龄林图 2 山东省 11 种优势树种 BVOCs 排放的林龄占比Fig.2 The age distribution of BVOCs emission from 11dominant tree species in Shandong Province第 8 期赵丹青等：山东省植物源挥发性有机物排放特征1491异戊二烯主要由杨树、刺槐及其他软阔类树木排放，上述树种多分布于临沂市、潍坊市、济南市等省内中部、南部地区，排放量在空间上呈东高西低的趋势.单萜烯排放量呈东南高、西北低的趋势，主要由黑松、柏木及赤松等针叶树排放.针叶树种主要生长在烟台市、威海市、青岛市等省内东部沿海山地地区和中部的临沂市等地区，作为沿海防护林和景观绿化树种.倍半萜烯主要由杨树、柏木及黑松排放，多分布于临沂市、潍坊市、济南市、青岛市等省内中南部地区.含氧 VOCs 和其他 VOCs 主要由农田排放，玉米和小麦是其主要排放源，集中于泰安市、济宁市、聊城市等省内西南部地区.山东省为农业大省，各地区大量的农田导致含氧 VOCs 排放量高、区域变化不明显.2.1.4 山东省 BVOCs 排放量的月变化特征由图 3 可见：山东省 BVOCs 月排放量呈倒 U 形曲线，BVOCs 排放集中在夏季(68 月)，总量为167.04103 t，占全年总排放量的 65.04%；冬季(1 月、2 月、12 月)的排放量仅占全年总排放量的 1.80%；春季(35 月)和秋季(911 月)的排放量分别占全年总排放量的 15.83%和 17.33%.异戊二烯主要由阔叶林排放，排放量在 4 月开始急剧增加，6 月增速减缓，7 月达到最高，8 月急剧减少，10 月降速减缓，1 月排放量降至最低.异戊二烯排放集中在夏季(68 月)，总量为 48.07103 t，占全年总排放量的 72.67%，冬季(1 月、2 月和 12 月)的排放表 3 山东省各地级市 2021 年 BVOCs 排放量Table 3 BVOCs emissions from prefecture-level cities in Shandong Province in 2021城市排放量/t异戊二烯单萜烯倍半萜烯含氧VOCs其他VOCs合计济南市6 634.644 297.381 636.678 047.313 694.8524 488.13青岛市4 682.995 546.511 065.526 039.202 067.1619 544.77淄博市3 960.882 614.99926.094 590.721 998.0214 169.22枣庄市1 236.031 212.84543.292 623.53944.356 605.89东营市1 059.16561.00146.842 012.53800.284 598.99烟台市5 733.535 840.071 286.657 072.933 354.1223 356.41潍坊市7 965.003 316.181 670.758 852.893 085.0625 208.22济宁市3 910.601 939.57861.406 702.992 264.5115 863.45泰安市3 767.923 218.44986.344 669.171 488.0314 267.98威海市2 300.463 556.42603.942 224.00786.499 487.97日照市3 529.271 731.33667.903 212.591 239.0310 500.16临沂市8 640.405 956.162 088.3510 107.193 426.0630 618.21德州市3 650.071 981.07758.777 735.122 525.2216 835.75聊城市2 719.371 477.39550.055 748.921 879.0612 505.41滨州市2 602.211 166.09411.434 468.771 487.0410 231.73菏泽市3 537.302 311.92768.928 859.282 909.8218 554.9005101520253035BVOCs 排放量/(103 t)异戊二烯单萜烯倍半萜烯含氧VOCs其他VOCs合计12345678910111201234BVOCs排放量/(104 t)月份123456789101112月份异戊二烯单萜烯倍半萜烯含氧VOCs其他VOCs合计农田森林图 3 森林和农田 BVOCs 排放量的月变化情况Fig.3 The monthly variation of BVOCs emissions from forest and farmland1492环境科学研究第 36 卷量仅占全年总排放量的 0.13%，春季(35 月)和秋季(911 月)的排放量分别占全年总排放量的 12.28%和 14.92%.单萜烯主要由针叶林排放，针叶树种多为常绿，可全年持续排放 BVOCs，但由于光照、温度等因素影响主要排放时段集中在夏季(57.43%).倍半萜烯、其他 VOCs 排放量较少，并集中于夏季排放.含氧 VOCs 主要由农田排放，但农田排放量在 7 月出现了小幅降低，这与作物生长季有关.6 月底农田第二大排放源小麦收割结束，BVOCs 排放量降低.该研究未考虑植物自身季节节律，因此 BVOCs排放量的季节性变化主要源于温度、太阳辐射和叶生物量的变化30.夏季植物叶生物量最多，温度及太阳辐射比冬季高.高温提高了植物体内的酶活性，BVOCs 合成速率和气孔导度增大，排放速率增加31.高太阳辐射提高了植物的净光合速率，为合成异戊二烯类化合物提供了足够的碳源32.BVOCs 是形成 O3的前体物，其中的高反应活性物质(如异戊二烯、单萜烯)在光照的催化下，极易与空气中的羟基等自由基反应生成 O333.研究34-35表明，在 BVOCs 排放量高的城市，O3污染天异戊二烯的臭氧生成潜势增加了 1 倍以上，并且 O3浓度与异戊二烯等植物排放的烯烃浓度出现峰值的时间相同.近年来，一些学者使用不同的数据源和算法对山东省 BVOCs 排放量进行了估算，所得清单较为粗略(见表 4)，该研究实测山东省优势树种排放的 BVOCs全组分，计算了山东省本地化 BVOCs 排放清单.对比已有研究可以看出，笔者估算的山东省 2021 年BVOCs 排放总量明显高于韩枝燏等36研究结果，低于 Li 等38研究结果，这些差异主要由使用的不同植被数据和标准排放因子导致.Chen 等41研究表明，使用不同的排放因子和植被遥感数据时，同一地区BVOCs 的估计排放量变化范围大于 200%.因此，使用本地树种的排放因子和蓄积量数据，对于提高清单准确性具有重要意义.表 4 山东省 BVOCs 排放量估算研究比较Table 4 Comparison of studies on estimation of BVOCs emissions in Shandong Province研究范围研究时段研究方法植被数据标准排放因子BVOCs排放总量/(103 t/a)数据来源山东省2021年森林蓄积量43树种实测、国内外观测数据256.84该研究山东省2016年森林蓄积量16树种国内外观测数据198.00文献36山东省2010年MEGAN 2.04遥感模型自带194.30文献37山东省2018年MEGAN 2.1遥感(仅分植被类型)等级制，无详细树种325.60文献38全国20052016年MEGAN 3.0遥感模型自带169.17(20052016年山东省年均排放量)文献39全国2002年森林蓄积量抽样调查国内外观测数据411.70(山东省)文献40 2.2 降雨对优势树种 BVOCs 排放速率的影响通过对 9 种树种同一健康植株相同高度枝叶降雨前后的环境因子、BVOCs 排放特征进行监测发现，降雨后阔叶树种(杨树、栎树、柳树、刺槐、白蜡)BVOCs 排放速率降低，降幅在 66.12%93.94%之间(见图 4)，其中异戊二烯降低最为显著.降雨后针叶树种黑松、油松的单萜烯、总 BVOCs 排放速率均增加，赤松和侧柏则均降低.对各树种 BVOCs 排放速率与环境因子进行相关性分析(见表 5)发现，阔叶树种 BVOCs 排放速率与环境因子相关性显著，针叶树中黑松与赤松 BVOCs 排放速率与环境因子相关性均不显著.除柳树、白蜡和黑松外，植物 BVOCs 排放速率与土壤湿度和空气湿度均呈负相关，与光照和温度均呈正相关.植物排放 BVOCs 的速率受环境影响较大，从环境因素的变化来看，降雨主要从以下几个方面影响了植物 BVOCs 排放速率：光照和温度，二者主要影响植物体内参与 BVOCs 合成的酶活性和底物浓度42-43.异戊二烯、3-甲基-3-丁烯-1-醇等半萜烯类物质在叶绿体内合成44，需要异戊二烯合成酶(ISPS)和光合作用产生的还原氢参与.降雨后通常会出现温度下降、光照强度减弱等情况，因此植物排放 BVOCs 的速率也会随之下降.此外，ISPS 的 Km值(酶促反应速度达到最大反应速度一半时所对应的底物浓度)较高(0.58 mmol/L)，合成异戊二烯需要较高的底物浓度45-46，而降雨使叶片净光合速率降低，减少了电子供体47，植物细胞大量吸水降低了底物浓度，这也在一定程度上降低了植物排放 BVOCs 的速率.空气湿度.高相对湿度下，针叶树种的单萜烯排放速率明显增加，而异戊二烯的排放速率则明显降低48-49.这是因为大部分单萜烯在植物产生后并不直接释放，而是暂时储存在植物体内茎部和叶片组织中，充足的水分和高相对湿度会促使茎、叶组织不均匀膨胀，释放贮存在树脂管道、毛状体、叶组织腺体等部位的单萜烯50，这第 8 期赵丹青等：山东