夏季毛竹揮發(fā)性有機化合物日變化動態(tài)分析

王茜 王成 張中霞 段敏捷 戴子云

摘 要：為探討夏季植物揮發(fā)物的動態(tài)變化，以福州旗山森林公園毛竹林為例，采用動態(tài)頂空氣體循環(huán)采集發(fā)和熱脫附、質(zhì)譜連用技術等，分別對7∶00—17∶00時間段的毛竹林揮發(fā)物進行了采集鑒定分析。結(jié)果表明：毛竹林共檢測出來153種化合物，主要成分為烷烴、烯烴、醇、酮、醛、酯、芳香烴和其他類化合物，全天各時間段13∶00時揮發(fā)物釋放的種類最多，共103種，濃度為35%。夏季，總揮發(fā)物種類數(shù)量的日變化波動范圍在76～103種，13∶00、17∶00出現(xiàn)全天的2個高峰，7∶00、15∶00、19∶00出現(xiàn)全天的3個低谷。

關鍵詞：夏季;毛竹;揮發(fā)物;日變化

中圖分類號 S795.7文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）19-0039-03

植物揮發(fā)物是植物在生長過程中釋放出來的小分子化合物，部分成分具有清香的氣味，對人體有直接或間接的保健作用，其不僅能改善環(huán)境質(zhì)量，在增強植物抗性、生態(tài)保健等方面也有一定的促進作用[1]。近年來，人們對植物有機揮發(fā)物進行了大量的研究，擬創(chuàng)一個更有利人類健康的森林環(huán)境[2]。毛竹是禾本科剛竹屬，種植面積大，是我國南方主要的庭院綠化樹種之一，具有巨大的潛在的生態(tài)價值[8]，在固碳釋氧、防風固沙、調(diào)節(jié)小氣候等方面發(fā)揮著巨大的作用[3-5]。研究表明，竹葉含有多糖、黃銅、醛、醇等芳香物質(zhì)，具有殺菌、抗氧化、抗腫瘤等作用，同時竹葉揮發(fā)油也是一種很好的天然香料，毛竹在醫(yī)療、食品、園林等行業(yè)都得到了廣泛應用[6]。夏季是毛竹生長的旺盛季節(jié)，葉面積指數(shù)和葉片數(shù)量均達到峰值，為此，本研究于夏季采集了毛竹林有機揮發(fā)物，并對其化學成分進行了分析，為毛竹資源的開發(fā)提供科學依據(jù)。

1 研究地概況

采樣地位于福州旗山森林公園內(nèi)，公園總面積約3600hm2。屬暖濕的亞熱帶氣候，年平均氣溫在15～24℃，年均日照時數(shù)年在1800～2180h，年均降水量在800～2300mm，夏季降水量占全年的46%，相對濕度年均值在75%～88%。毛竹林地位于公園西南方向，面積約46hm2，林內(nèi)以2～5年竹為主，夏季郁閉度約為0.95。地被覆蓋植物以山杜鵑、杜莖山等為主[2]。

2 研究方法

2.1 采集和測定方法 2016年8月上、中、下旬，分別選擇晴朗無風或微風的天氣3d，每天從早7∶00至晚19∶00，每隔2h采用開放式動態(tài)頂空吸附采集法，對毛竹林內(nèi)的向陽背風面、健康無殘缺的枝葉進行揮發(fā)物采集。每次3個重復，每次采樣1h，氣體流量設置為100mL/min，采樣高度為1.5m人體平均呼吸高度。本試驗大氣采樣儀是由北京市勞動保護所提供的QC-1型采樣儀，采用管選用美國進口的TCT金屬采用管[2，4]。

2.2 揮發(fā)物分析方法 揮發(fā)物的分析鑒定采用自動熱脫附（ATD）-氣相色譜（GC）/質(zhì)譜聯(lián)用（MS）技術，ATD-GC/MS型號：TurboMatrix650ATD、Clarus 600TGC、Clarus 600T MS，均由美國VARIAN公司生產(chǎn)[2，4]。

2.3 試驗數(shù)據(jù)計算 采用面積歸一化法計算各成分在樣品氣體中的濃度（%），計算公式為[2，4]：

測到該物質(zhì)的樣管數(shù)目/該日樣管的總數(shù)目=某物質(zhì)出現(xiàn)的概率; （1）

植物釋放的所有氣體峰面積之和/樣品所有氣體峰面積之和=樣品氣體中總揮發(fā)物的濃度（%） （2）

3 結(jié)果與分析

3.1 毛竹揮發(fā)物成分分析 由圖1可知，植物揮發(fā)物共153種、8類物質(zhì)，包括烷烴、烯烴、醇、酮、醛、酯、芳香烴和其他類化合物。烷烴物質(zhì)最多為37種，占總數(shù)量的24.18%，其次是烯烴29種，占總數(shù)量的18.92%。夏季總揮發(fā)物種類數(shù)量的日變化波動范圍在76～103種?？倱]發(fā)物濃度的日變化規(guī)律如下：毛竹林內(nèi)TVOCs濃度的日變化呈倒“M”型，全天最高濃度出現(xiàn)在9∶00，數(shù)值為90%，濃度最低出現(xiàn)在19∶00，數(shù)值為61%。

3.2 不同類型揮發(fā)物的日變化規(guī)律 由表2可知，夏季，毛竹林內(nèi)醛類揮發(fā)物在7∶00、15∶00、19∶00不存在，酸類揮發(fā)物在9∶00、11∶00、17∶00、19∶00不存在，其余各類型揮發(fā)物在全天任何時刻均存在。種數(shù)最大值集中在7∶00—9∶00、13∶00。烷烴、酮、酯、芳香類及其他類型化合物種數(shù)最大值出現(xiàn)在7∶00—9∶00，烯烴、醇類化合物種數(shù)最大值出現(xiàn)在13∶00，其他類型化合物種數(shù)的最大值出現(xiàn)在7∶00。夏季各類型揮發(fā)物種數(shù)上午大于下午。其原因可能是下午光照較強，為32750lx以上，溫度在35℃以上，高溫、高強光照導致植物氣孔的部分關閉，從而導致毛竹出現(xiàn)光合“午休”現(xiàn)象，揮發(fā)物種數(shù)較少;夜間植物處于休眠狀態(tài)，光合作用停止，氣孔關閉，導致?lián)]發(fā)物種類減少[7]。

3.3 對人體健康影響明顯的揮發(fā)物日變化 由圖2可知，夏季對人體健康有影響的VOCs數(shù)量總數(shù)為59種，日變化呈“N”型，其中對人體有益數(shù)量為37種，日變化呈“W”型，對人體不利VOCs數(shù)量有22種日變化，呈“M”型。對人體有益揮發(fā)物的數(shù)量峰值出現(xiàn)在13∶00，有36種，反之低谷值出現(xiàn)在11∶00時，有21種;對人體不利揮發(fā)物的數(shù)量峰值出現(xiàn)在15∶00，有21種，低谷值出現(xiàn)在19∶00，有8種。總體來說，下午對人體有益揮發(fā)物數(shù)量大于對人體不利揮發(fā)物數(shù)量。對人體健康影響明顯的揮發(fā)物濃度日變化呈“W”型，1d中高峰期分別是7∶00、13∶00、19∶00，其中濃度最高值出現(xiàn)在7∶00，值為34%;低谷分別出現(xiàn)在9∶00、17∶00（最低值在17∶00），濃度僅為6%，且高峰期7∶00分別與3個低谷期差異顯著。對人體有利揮發(fā)物濃度最高值出現(xiàn)在7∶00，數(shù)值為32%，最低谷出現(xiàn)在17∶00，數(shù)值為6%。對人體不利揮發(fā)物濃度日變化范圍為0～7%。

4 結(jié)論與討論

（1）通過對毛竹夏季揮發(fā)物解析，共檢測出153種，9類物質(zhì)，包括烷烴、烯烴、醇、酮、醛、酯、芳香烴及其他類化合物。烷烴物質(zhì)最多為37種，占總數(shù)的24.18%，其次是烯烴29種，占總數(shù)的18.92%，烯烴中主要以а-蒎烯、長葉烯、月桂烯、石竹烯等物質(zhì)為主，而酸物質(zhì)種類最少，僅為1種。

（2）夏季，毛竹林內(nèi)各類揮發(fā)物濃度與春季相似，烷烴濃度最高，其次為酯類化合物，再次為烯烴類化合物，排在第4位的為酮類化合物，醇、醛、芳烴類化合物濃度相差不大，酸類化合濃度最小。

（3）毛竹林對人體健康有影響的VOCs數(shù)量總數(shù)為59種，其中對人體有益數(shù)量37種，對人體不利的VOCs數(shù)量22種。對人體有益揮發(fā)物的數(shù)量峰值出現(xiàn)在13∶00，有36種，反之11∶00最低，有21種;對人體不利揮發(fā)物的數(shù)量峰值出現(xiàn)在15∶00，有21種，低谷值出現(xiàn)在19∶00，有8種?？傮w來說，下午對人體有益揮發(fā)物數(shù)量大于對人體不利揮發(fā)物數(shù)量。

通過以上結(jié)果分析，僅從竹林揮發(fā)物角度考慮，其內(nèi)全天在7∶00、13∶00—15∶00比較適合游客進行休閑娛樂活動。但對VOCs的產(chǎn)生和釋放機理的研究不能僅限于此，今后一方面要加強對不同季節(jié)的重復測定，長期持續(xù)的研究揮發(fā)物成分的動態(tài)變化;另一方面，鑒于TVOC對人體保健方面的貢獻，今后在城市綠地建設中，不僅要考慮樹種配置、選擇、植物的養(yǎng)護、觀賞性，還要考慮到其發(fā)揮的保健功能，其目的是滿足人們對森林的游憩功能、休閑娛樂、保健養(yǎng)生等并舉的需求[8-10]。

參考文獻

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（責編：張宏民）