無錫惠山森林公園香樟林內(nèi)揮發(fā)物成分及其變化研究*

任露潔 王 成 古 琳 張 晶 王曉磊

中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所 國家林業(yè)局城市林業(yè)研究中心 北京 100091

由于植物揮發(fā)物在凈化空氣、改善人體心理及生理健康方面的功效［1］，在夏季研究森林公園里香樟林內(nèi)揮發(fā)物的組成及其變化規(guī)律，有助于了解林內(nèi)氣體環(huán)境的狀況，特別是具有保健功能的氣體變化情況，從而更加科學(xué)地指導(dǎo)游人使用香樟林，發(fā)揮其游憩保健功能，提升森林公園的生態(tài)服務(wù)水平。

1 研究區(qū)概況

本研究選擇位于江蘇省無錫市濱湖區(qū)的惠山國家森林公園。該公園距市中心3 km，1993年建園，面積為933.33 hm2，現(xiàn)已成為無錫市區(qū)內(nèi)最大的綠地公園。氣候?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候、。主要林分是以香樟、三角楓 (Acer buergerianum)、楓香、麻櫟、濕地松、黑松等為主的天然次生林。選擇觀測的香樟林面積為7 000 m2，郁閉度0.85。香樟生長健康，平均樹高15 m，平均胸徑12.6 cm，平均枝下高6.5 m。林下植被有絡(luò)石 (Trachelospermum jasminoides(Lindl.)Lem.)、 蕨 類 (Pteridium aquilinum(Linn.)Kuhn var.I)、竹葉草 (Oplismenus compositus(Linn.)Beauv.)等。

2 研究方法

2.1 采樣

在2011年9月2日 (天氣晴好無風(fēng))采用開放式采樣。實驗中采樣儀兩兩間隔10 m，并呈“品”字形置于林內(nèi)，采樣儀的進(jìn)氣方向與地面保持平行。從當(dāng)天9∶00時開始到次日7∶00時結(jié)束，每隔60分鐘采樣1次 (每次3個重復(fù))，采樣時間為60分鐘，氣體流量為100mL/分鐘，采樣高度約1.5 m。

采樣管為Varian公司生產(chǎn)的TCT采樣管，采樣儀為北京勞動保護(hù)所生產(chǎn)的QC－1型大氣采樣儀。

2.2 指標(biāo)測定

樣品分析采用ATD－GC/MS技術(shù)在北京林業(yè)大學(xué)生物學(xué)院分析中心完成。根據(jù)質(zhì)譜檢索系統(tǒng)分析結(jié)果，查閱相關(guān)化工辭典和科技辭典進(jìn)行確認(rèn)及篩選。

相關(guān)指標(biāo)計算方法:1)某揮發(fā)物成分出現(xiàn)的頻率=檢測到該物質(zhì)的樣品管數(shù)目/樣品管總數(shù)目 (36根樣品管);2)某時間點(diǎn)總揮發(fā)物的相對濃度=(該物質(zhì)峰面積/樣品管中的所有氣體峰面積之和)×100%;3)某氣體成分或某類揮發(fā)物的相對濃度=(該物質(zhì)峰面積/植物總揮發(fā)物的面積之和)×100%。

3 結(jié)果與分析

3.1 香樟林內(nèi)的揮發(fā)物成分

通過對ATD－GC/MS強(qiáng)度最高時段總離子流(Total ION Current－TIC)的分析，利用軟件技術(shù)手段扣除本地空氣中的雜質(zhì)，共鑒定出99種化合物(見表1)。香樟林內(nèi)釋放的VOCs種類繁多，包括烷烴 (17種)、烯烴 (15種)、酮 (13種)、醇 (11種)、芳香烴 (10種)、醛 (8種)、酸 (8種)、酯類 (8種)、炔烴 (3種)、醚(2種)以及未查閱到中文名稱的物質(zhì)4種。其中，醇類、酮類、烯烴以及烷烴在總揮發(fā)物濃度中所占比重較大，平均相對濃度分別為18.67%、14.89%、11.34%、12.3%，為香樟林內(nèi)的主要揮發(fā)物。

表1 香樟林內(nèi)揮發(fā)物成分

(續(xù)表)

3.2 香樟林內(nèi)總揮發(fā)性有機(jī)物 (TVOC)濃度的日變化規(guī)律

香樟林內(nèi)的TVOC濃度日變化總體表現(xiàn)為“三峰三谷”:7∶00—13∶00，15∶00—19∶00，21∶00 至翌日3∶00為TVOC濃度增大階段，在3∶00，13∶00，19∶00出現(xiàn)高峰，最高峰值出現(xiàn)在13∶00(相對濃度為 68.8%);3∶00—7∶00，13∶00—15∶00，19∶00—21∶00為 TVOC濃度降低階段，7∶00，15∶00，21∶00出現(xiàn)低谷，最低谷值出現(xiàn)在7∶00(相對濃度為16.7%)。TVOC在不同時間的濃度由大到小順序為 13∶00＞19∶00＞11∶00＞3∶00＞1∶00＞17∶00＞9∶00＞23∶00＞5∶00＞21∶00＞15 ∶00 ＞7∶00。

通過方差分析和多重比較發(fā)現(xiàn)，7∶00的揮發(fā)物濃度顯著低于其他各個時間點(diǎn)，13∶00的揮發(fā)物濃度顯著高于其他各個時間點(diǎn);在晚19∶00至早7∶00，各個時間點(diǎn)的揮發(fā)物濃度均有顯著差異;在1∶00—9∶00時間段，各個時間點(diǎn)的揮發(fā)物濃度相互均有顯著差異。

通過對總揮發(fā)物的濃度及其氣候因子進(jìn)行相關(guān)分析可以看出，溫度、濕度、光照與香樟林內(nèi)總揮發(fā)物的濃度有顯著的相關(guān)性。其中，溫度以及光照強(qiáng)度與總揮發(fā)物濃度呈顯著正相關(guān) (相關(guān)系數(shù)分別為0.621及0.547)，而與濕度呈顯著負(fù)相關(guān) (相關(guān)系數(shù)為－0.613)。

3.3 香樟林內(nèi)影響人體身心健康的主要揮發(fā)物成分日變化規(guī)律

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)對香樟林內(nèi)的揮發(fā)物性質(zhì)進(jìn)行判斷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，香樟林內(nèi)的揮發(fā)物既存在對人體身心健康有利的成分，也存在少量對人體身心健康有害的成分。據(jù)測定結(jié)果，能夠影響人體身心健康的主要揮發(fā)物成分在全天各個時間段內(nèi)總含量由大到小排序為17∶00＞3∶00＞19∶00＞11∶00＞21 ∶00 ＞7∶00＞15∶00＞5∶00＞1∶00＞13∶00＞9∶00＞23∶00，即17∶00最高，23∶00最低。

香樟林內(nèi)對人體健康有利的主要成分總含量占影響人體身心健康的主要揮發(fā)物總量的85.05%，總含量在3 ∶00(41.7%)、17 ∶00(55.5%)、19 ∶00(37%)較高，它們在各個時間點(diǎn)占影響人體身心健康的主要揮發(fā)物的比重由高到低順序為11∶00(100%) ＞21∶00(100%) ＞17∶00(97.9%) ＞7∶00(88.7%) ＞3∶00(87.2%) ＞19∶00(86.2%) ＞5∶00(69.6%) ＞13∶00(62.6%) ＞15∶00(62.1%) ＞9∶00(55%) ＞23∶00(54.2%) ＞1∶00(37.5%)。可以看出，對人體健康有利的主要成分在3∶00，17∶00，19∶00的總含量以及所占的比重較大，包括樟腦［2］、龍腦［3］、芳樟醇［4］、香天竺葵醇［5］、檸檬烯［6］、石竹烯［7］、月桂烯［8］、α － 蒎烯［9］和乙酸龍腦酯［10］。在一天中的相對濃度以及出現(xiàn)頻率都較高的為龍腦、芳樟醇、乙酸龍腦酯、香天竺葵醇、樟腦、檸檬烯。龍腦在一天24小時內(nèi)均可被檢測到，高濃度值出現(xiàn)在3∶00，15∶00，17∶00，19∶00，相對濃度分別為 9.3%，8.1%，10.2%，16.8%;芳樟醇高濃度值出現(xiàn)在3∶00，7∶00，19∶00，相對濃度分別為 12.4%，9.6%，7.1%;乙酸龍腦酯在一天中的釋放波動較大，最高濃度值出現(xiàn)在1∶00(11.6%)，最低濃度值出現(xiàn)在19∶00(1.1%);香天竺葵醇、樟腦、檸檬烯在一天中的高濃度釋放時間點(diǎn)以及相對濃度分別為21 ∶00(10.9%)、17 ∶00(16.1%)、17∶00(9.7%)。

香樟林內(nèi)對人體健康有害的主要成分的總含量占影響人體身心健康的主要揮發(fā)物總量的14.95%，總含量在1∶00(7.3%)和15∶00(7%)較高，它們在各個時間點(diǎn)占影響人體身心健康的主要揮發(fā)物總量的比重由高到低的順序為1∶00(62.5%) ＞23∶00(45.8%) ＞9∶00(44.9%) ＞15∶00(37.8%) ＞13∶00(37.3%) ＞5∶00(30.4%) ＞19∶00(13.8%) ＞3∶00(12.7%) ＞7∶00(11.2%) ＞17∶00(2.1%) ＞11∶00(0) ＞21∶00(0)?？梢钥闯?，對人體健康有害的主要成分在1∶00的總含量以及所占的比重較大。其主要成分為三氯甲烷和甲苯，較高濃度釋放時間點(diǎn)以及相對濃度分別為1∶00(4.1%)和15∶00(7.3%);出現(xiàn)頻率也較低，分別為8.3%和5.6%。

4 結(jié)論與討論

1)香樟林內(nèi)共釋放揮發(fā)物成分99種，包括烷烴、烯烴、酮、醇、芳香烴、醛、酸、脂、炔烴及醚10類化合物;其中醇類、酮類、烯烴以及烷烴的相對濃度以及出現(xiàn)頻率較高，是香樟林內(nèi)的主要有機(jī)揮發(fā)物;揮發(fā)物的釋放總體上呈現(xiàn)為“三峰三谷”的變化趨勢，具體表現(xiàn)為3∶00、13∶00、19∶00出現(xiàn)高峰，最高峰值出現(xiàn)在13∶00;7∶00、15∶00以及21∶00出現(xiàn)低谷，最低谷值出現(xiàn)在7∶00。

2)從成分類型和含量上看，香樟林內(nèi)釋放的揮發(fā)物主要是以有益于人體健康的成分為主，占影響人體身心健康的主要揮發(fā)物總量的85.05%。香樟林內(nèi)對人體健康有利的揮發(fā)物主要是樟腦、醇類、乙酸龍腦酯以及萜烯類揮發(fā)物，主要出現(xiàn)在3∶00、17∶00、19∶00且總含量以及所占的比重較高;對人體健康有害的揮發(fā)物主要是甲苯以及三氯甲烷，主要出現(xiàn)在凌晨1∶00且總含量以及所占的比重較低。從揮發(fā)物的角度和游人出行的時間考慮，17∶00—19∶00到惠山森林公園香樟林內(nèi)游憩更有益于游人的健康。

［1］王成.國外城市森林建設(shè)經(jīng)驗與啟示［J］.中國城市林業(yè)，2011，9(3):68－71.

［2］熊穎，昊雪茹，涂興.樟腦的藥學(xué)研究進(jìn)展［J］.檢驗醫(yī)學(xué)與臨床，2009，6(12):999 －1000.

［3］范曉丹，丘泰球，蘇健裕，等.龍腦制備方法及其藥理藥效研究進(jìn)展［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2011，31(5):122－125.

［4］周本杰，譚永恒，李銳.芳樟醇對正常人體心、肺功能影響的觀察［J］.中藥藥理與臨床，1998(3):40－41.

［5］孫立宏，孫立明.香葉醇的研究進(jìn)展［J］.西北藥學(xué)雜志，2009，24(5):428－430.

［6］王偉江.天然活性單萜—檸檬烯的研究進(jìn)展［J］.中國食品添加劑，2005(1):33－38.

［7］黃曉冬，劉劍秋.赤楠葉精油的化學(xué)成分及其抗菌活性［J］.熱帶亞熱帶植物學(xué)報，2004，12(3):233 －236.

［8］Cruz－ Lopez，J.A.Jimenez－ Zuniga，A.et al.Response of epitragus sallaei(Champion)(Coleoptera:Tenebrionidae)to the odor of Mangifera indicia flowers［J］.Southwestern Entomologist，2001，26(2):165－170.

［9］夏忠弟，毛學(xué)政，羅映輝.a－蒎烯抗真菌機(jī)制的研究［J］.湖南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，1999(6):507－509.

［10］李曉光，葉富強(qiáng)，徐鴻華.乙酸龍腦酯藥理作用的實驗研究［J］.浙江中醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2001，25(3):49－50.