论文部分内容阅读
挥发性有机化合物(Volatile organic compounds, VOCs)是大气中一类重要的气态化合物,能参与大气光化学反应,对臭氧、二次有机气溶胶生成具有贡献,并能直接或间接地危害人体和环境健康。森林地表(包括土壤和凋落物)能释放或吸收VOCs,日益加剧的氮沉降会影响森林土壤生态过程,从而可能影响森林地表VOCs通量;植物更是VOCs重要的来源,氮沉降可能通过影响植物生理生化过程来影响植物源VOCs的释放。尽管氮沉降已影响了生态系统的物质循环,威胁了生态系统的健康和安全,但有关森林地表和植物源VOCs释放对氮沉降响应的研究十分有限。本文模拟研究了氮沉降对森林地表和植物VOCs通量的影响,主要内容和结果如下:(1)运用静态箱采样、大气预浓缩仪-GC-MS分析,研究了鼎湖山两种典型森林——马尾松林和季风常绿阔叶林(简称阔叶林)地表VOCs通量对氮沉降增加的响应。结果表明:自然氮沉降下,森林地表通量较大的有正十一烷、正十二烷、α-蒎烯、苯系物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)等;马尾松林地表吸收大部分VOCs,低氮抑制了马尾松林地表VOCs的吸收,中氮主要使地表由“汇”变为“源”;阔叶林地表主要释放VOCs,氮沉降降低了阔叶林地表VOCs的释放或使地表由“源”变“汇”,且低氮和高氮的影响效果更显著。阔叶林地表VOCs通量无明显日变化规律,对照和高氮样地最大释放出现在7:00和10:00,最大吸收出现在13:00和19:00。自然氮沉降条件下,阔叶林地表C02通量显著高于马尾松林,氮处理均促进了两种森林地表CO2的释放。地表部分VOCs通量与C02通量、土壤温度和土壤湿度呈显著相关。马尾松林土壤和凋落物主要表现为“源”,而阔叶林中,土壤主要表现为“汇”,凋落物既释放VOCs也吸收VOCs。一定水平的外加氮会促进土壤或者凋落物VOCs的释放,而阔叶林高氮沉降却导致凋落物主要VOCs的释放量下降甚至使凋落物发生功能转变。(2)运用动态箱采样、PTR-TOF-MS分析,模拟研究了南亚热带典型植物——马尾松和荷木叶片VOCs释放对不同氮沉降方式(土壤施氮和叶面施氮)的响应。结果表明:模拟自然氮沉降背景下,总VOCs (TVOCs)释放量介于544.86~2056.92 nmolg-1h-1,且荷木TVOCs释放速率均高于马尾松。无论采用何种方式模拟自然氮沉降,含氧VOCs (OVOCs)对TVOCs贡献均最大,约占32.54%~64.48%。所鉴定的VOCs中,乙醛、甲醇、单萜烯释放速率较高。氮处理对植物源VOCs (BVOCs)释放速率的影响与施氮水平、施氮方式、树种及化合物本身有关。土壤施氮主要促进了马尾松VOCs的释放,却抑制了荷木VOCs的释放;而叶面施氮主要降低了马尾松和荷木叶片VOCs的释放速率。土壤施氮模拟氮沉降增加处理下,马尾松甲醛、丙酮、丙酮酸和氯甲烷等释放速率与气温呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关;荷木异戊二烯、环庚烯、单萜烯和甲苯的释放速率与气温呈显著负相关,与相对湿度呈正相关。施氮对土壤含水率、总磷、总氮、速效氮影响不明显,但显著降低了土壤pH,且叶面施氮下,土壤pH均高于土壤施氮。氮沉降主要促进了盆栽土壤VOCs的释放,且叶面施氮促进释放的效果更突出。