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《南京林业大学》 2012年
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南京紫金山典型森林群落及其主要树种BVOCs的组成与释放规律研究

梁珍海  
【摘要】:森林的保健作用主要通过植物释放的生物挥发性有机物(Biogenic Volatile OrganicCompounds,BVOCS)以及森林中特有的环境对人的生理和心理产生影响来实现。目前在诸多的园林、造林等绿化工程建设中,往往偏重工程的景观效果,而对其生态服务功能,特别是对园林或造林后形成的群落或植被的生态保健功能重视不够。本研究以南京紫金山风景区3种典型森林群落(即枫香(Liquidambar formosana)群落、麻栎(Quercus acutissima)群落、马尾松(Pinus massoniana)+桂花(Osmanthus fragrans)群落),以及典型群落的乔木层3个主要树种(枫香、麻栎、桂花)为研究对象,采用动态顶空吸附采集法对植物释放BVOCS进行收集,运用热脱附-气相色谱/质谱联用仪(TCT-GC/MS)进行样品分析,对3种典型森林群落及3个主要树种释放BVOCS的组分、数量、动态变化(日变化、月变化),以及这些变化与主要环境因子(光照、温度、湿度等)的内在联系等方面开展了较为系统的研究,旨在揭示森林群落及其主要树种BVOCS释放规律,为提高园林景观和城市森林的构建水平提供理论依据和实践指导。结果表明: 1、3种典型森林群落BVOCS的释放规律:①各群落中BVOCS的组成有一定差异。枫香群落中检测到38种有机挥发物,以萜烯类、醇类、酯类、醛类、酮类、烷烃类等6大类为主,其中萜烯类、醇类物质含量相对较高。麻栎群落中检测到47种挥发性有机物,相比枫香群落BVOCS而言,还含有酚类物质,其中醇类、萜烯类、酮类、烷烃类物质含量相对较高。桂花群落中检测到37种挥发性有机物,含有与麻栎群落相同的7大类挥发性有机物。其中醇类、萜烯类物质含量相对较高。②各群落中BVOCS在5~12月期间的月变化规律相似。枫香群落和麻栎群落中BVOCS的月变化规律一致,均表现为烯类、醇类、酯类、醛类、酮类和酚类物质先逐渐上升,7月份最高,后逐渐下降;烷烃类物质月变化规律为先逐渐下降,7月份最低,后逐渐上升。桂花群落中BVOCS月变化规律比较特殊,其中萜烯类、醇类、酮类、酚类和烷烃类的月变化规律与枫香群落、麻栎群落一致,酯类和醛类的月变化规律则比较复杂,但这两类物质波动规律一致。 2、光照强度、温度和相对湿度3个环境因子对森林群落中BVOCS的影响:①3种典型森林群落中BVOCS主要组成的总量均与月均光照强度呈极显著正相关。其中,3种森林群落中萜烯类、醇类、酮类、酚类的相对含量与光照强度呈极显著正相关,烷烃类的相对含量则与光照强度呈显著负相关。枫香群落、麻栎群落中的酯类和醛类物质也与光照强度呈显著正相关,但桂花群落中酯类和醛类的相对含量却与光照强度相关性不显著。②枫香群落和桂花群落中BVOCS主要组成的总含量均与月均温度呈显著正相关,而麻栎群落则不相关。3种森林群落中萜烯类、醇类、酮类和酚类物质的相对含量与温度呈显著正相关,烷烃类物质的相对含量则与温度呈显著负相关。枫香群落、麻栎群落中酯类和醛类的相对含量与温度呈显著正相关,而桂花群落中酯类和醛类的相对含量与温度相关性不显著。③除了个别特殊湿度环境条件(相对湿度71%)之外,枫香群落和麻栎群落中BVOCS均与相对湿度存在显著相关性,桂花群落中除了酯类和醛类之外的其它BVOCS成分也均与相对湿度存在显著相关性。枫香群落、麻栎群落和桂花群落中BOVCS主要组成的总含量均与月均相对湿度呈显著负相关。④枫香群落、麻栎群落中BVOCS主要组成成分之间的相关性规律一致,即总烷类物质和与其它类物质之间均呈极显著负相关,而总烷类以外的几类物质之间均呈显著正相关。桂花群落中BVOCS主要组分之间的相关性总体上也表现出与枫香群落、麻栎群落相类似规律,但部分类别物质之间的相关性不显著。 3、三个主要树种的BVOCS组分及其释放规律:①各主要树种BVOCS的组成类别相近,但主导成分的类别有差异。枫香、麻栎和桂花释放的BVOCS中,均以烯类、醇类、酮类、酯类、醛类,以及烷烃、芳烃和杂环烃类等6大类挥发性有机化合物为主,但枫香主导成分的类别依次是烯类、烃类和杂环烃类,麻栎主导成分的类别依次是酮类、烯类和醇类,桂花主导成分的类别则依次是醇类、烯类。②各主要树种BVOCS的主要组分释放存在明显日变化规律。枫香释放的BVOCS中,烯类化合物的变化趋势与温度的日变化趋势类似,呈现“中间高、两头低”状态,酯类、烷烃、芳烃类和杂环类化合物的变化趋势则与相对湿度的日变化趋势相同,呈现“中间低、两头高”状态。醇类和醛类化合物傍晚时释放量最高,主要以芳樟醇和安息香醛为主。桂花释放的BVOCS中,醇类日变化总趋势与温度日变化趋势基本一致,表现为自早晨起,先逐渐上升,中午前后最高,后逐渐下降;烯类化合物的日变化规律表现为早晨含量最高,此后随温度升高逐渐降低,但在午后2时左右释放量又开始回升;酮类化合物的日变化规律表现为早晨最低,然后一直上升,至傍晚时最高;酯类化合物与酮类化合物的变化规律正好相反,酯类化合的日变化规律表现为早晨最高,后一直下降,至傍晚时最低;醛类化合物的日释放趋势与相对湿度的变化趋势一致,表现为先降后升趋势,早晨比傍晚时的释放量高;烷烃、芳烃类和杂环类化合物的日释放趋势与光照强度的变化趋势相同,日释放规律与醛类化合物正好相反,表现为先升后降,早晨比傍晚时释放量高。③各主要树种BVOCS的主要组分释放相应地也存在明显的月变化。枫香释放的烯类化合物月变化趋势与温度的月变化一致,表现为先上升、后下降;烷烃、芳烃类和杂环类化合物月变化趋势与烯类化合物变化正好相反,它们在5月份、11月份时较高,而8月份最低;酯类化合物在8月份的释放量极低,几乎测不到,其它类化合物的含量在各月也均较低。桂花释放挥发性有机物的月变化规律比较复杂。其中,酯类化合物每月含量是BVOCs各组分中最高的一类,它在5月份时最高,10月份最低;醇类化合物的月变化趋势表现为先上升、后下降,在10月份时最高,12月份最低;BVOCS其它类组分月变化规律则相对复杂。 本研究结果表明,在人工生态系统构建或植被改造时,对树种合理选择和科学配置来调控以BVOCS为主导的保健功能是可行的。但鉴于诸多因素的限制,本研究仅取得非常有限的阶段性成果,更多成果还有待于将来更多的重复和实验去进一步验证和完善。
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