土壤干旱和氮沉降对黑松排放VOCs及其O3和SOA生成潜势的影响

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天然源挥发性有机化合物(Biogenic VOCs,BVOCs)是臭氧(O3)和二次有机气溶胶(SOA)生成的重要前体物质,在紫外线作用下可与氮氧化物(NOx)和氢氧自由基(·OH)发生光化学反应,生成二次污染物,影响大气环境。近年来,由于全球气候变暖以及人类活动的影响,我国干旱事件的发生强度与频率增加,氮沉降通量增加,土壤干旱和氮沉降通过影响植物的代谢和生长影响BVOCs的合成与释放。为研究土壤干旱和氮沉降对BVOCs排放及其O3和SOA生成贡献的影响,本研究通过实验室模拟实验,以我国优势树种黑松(Pinus thunbergii)作为研究对象,运用动态封闭式采样系统与热脱附-气相色谱质谱联用(TD-GC/MS)技术,通过设置不同的土壤水分梯度(土壤体积含水量(VWC)分别为60%、50%、40%、30%、20%、10%以及复水处理)和氮沉降通量(氮添加量分别为0、2、5和10 g N/(m~2·yr)),研究不同程度的土壤干旱和氮沉降单一和复合作用对黑松VOCs排放水平和组成的影响,并计算不同作用下各VOCs组分的O3生成潜势(OFP)和SOA生成潜势(SOAP),为评估气候变化和大气污染对BVOCs排放及其大气二次污染物生成贡献的影响提供理论依据和基础数据。主要研究结论如下:(1)土壤干旱和氮沉降的单一作用对黑松的VOCs排放具有显著影响。异戊二烯、单萜烯、倍半萜烯和总VOCs的排放随着干旱胁迫程度的逐渐增加呈现先增加后下降的趋势(VWC为20%时倍半萜烯排放除外)。复水后只有异戊二烯的排放恢复到干旱胁迫前水平。氮沉降促进了异戊二烯和倍半萜烯的排放,抑制了其他VOCs的排放。土壤干旱和氮沉降作用下,异戊二烯和倍半萜烯的排放贡献增加,单萜烯在总VOCs排放中的占比始终最高。(2)土壤干旱和氮沉降的复合作用对黑松的VOCs排放具有显著影响。复合作用降低了总VOCs、单萜烯和其他VOCs的排放,对倍半萜烯排放无明显影响。土壤干旱与氮沉降的复合作用对总VOCs和单萜烯排放的抑制作用大于土壤干旱的单一作用。复合作用下,异戊二烯和倍半萜烯的排放占比增加(除中度干旱和中度氮沉降的复合作用),单萜烯和其他VOCs的排放占比降低。(3)土壤干旱胁迫时,总VOCs、倍半萜烯(除轻度干旱和VWC为20%时外)和其他VOCs的OFP和SOAP下降;氮沉降作用下,异戊二烯和倍半萜烯的OFP和SOAP增加,其他VOCs的OFP和SOAP降低;在土壤干旱和氮沉降复合作用时,总VOCs、单萜烯和其他VOCs的OFP和SOAP降低。土壤干旱胁迫和氮沉降作用对黑松的OFP和SOAP的化合物组成也有显著影响,且由于不同化合物的化学活性不同,黑松OFP和SOAP的化合物组成与VOCs的化合物组成存在差异。
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