亚热带城乡区域植物源VOC排放的研究

摘要

伴随着城市化进程的加快，城市人口逐渐增加，世界城市人口从1900年的10％增加到了目前的超过50％，而在今后的50年中，这一比例将继续增加。我国的城市人口比重从改革开放以来逐年增加，至2020年，将有超过一半的人口居住于城市。城市化与人类健康和福祉关系密切，而由城市化引发的各种环境问题日益受到公众的关注。挥发性有机复合物(VOC)在大气污染中具有非常重要的作用，在阳光及氮氧化物(NOx)存在的情况下，VOC将促进臭氧(03)的产生，同时城市中灰霾天数的增加也与VOC的排放有着重要的联系。目前已有大量的关于人为排放VOC(AVOC)的研究，然而对于生物源VOC(BVOC)的研究仍然较少。植被是BVOC排放的重要来源，其排放量约占全球总VOC排放的三分之二。本研究中，我们选择了东南沿海两个典型城市杭州和台州作为研究地点，通过实地观测两地的植被构成及植被总量，综合当地气象资料以及其他文献信息，利用文献BVOC排放速率数据进行加权平均，计算出杭州和台州两个城市．乡村复合系统的BVOC年排放量。结果表明：
　　 1．大杭州地区(the Greater Hangzhou Area system，GHA)的BVOC年排放量为7.9xl010gC，其中异戊二烯、单萜和其他VOC(OVOC)所占的比重分别为85％、8％和7％。杭州的BVOC排放主要来源为野外森林。毛竹是杭州野外竹林的主要物种，具很高的单株年排放量（1.08×1029 C tree-1yr-1），是异戊二烯排放的主要贡献者。在杭州市的主要几种野外树种中，常绿阔叶树种青冈（Cyclobalanopsisglauca）的排放强度最高（1.1xl029 C tree-1yr-1），另一主要树种马尾松，其年排放量（389 Ctree-Iyr-1）比毛竹低了一个数量级，而杉木（Cunninghamia lanceolata）在四种野外主要树种中排放强度最低（2.29 Ctree-1yr-1）。在城市内，有70％的BVOC排放来自公园绿地树种，30％的BVOC排放来自行道树。在杭州市区主要树木中，垂柳的BVOC排放强度最高（为2.7x1039 C tree-Iyr-1），枫香(1.4x1039C tree-1yr-1)和合欢（1.02x1039 C tree-]yr-1）次之。
　　 2．台州地区BVOC年排放量为6.6×1010 g C，其中异戊二烯、单萜和OVOC所占的比重分别为93％、4％和3％。台州地区的BVOC排放主要来源为野外森林，其中毛竹林为主要贡献者。市区的排放总量尽管少但其对城市环境具有直接贡献，且城市内两种绿地类型在单位面积上的排放强度都高于野外主要三种森林类型（马尾松林、杉木林、常绿阔叶林）。在城市内，有68％的BVOC排放来自行道树排放，32％来自公园及居民区。在台州市区主要树木中，垂柳的BVOC排放强度最高（为2.8x103 g C tree-1yr-1），合欢（2.5x1039 C tree-1yr-1）次之。龙爪槐(Sophorajaponica)是台州市区内的常见观赏树种，其BVOC排放（1.39×103 g C tree-1yr-1）低于合欢，而略高于枫香（1.35x103 g C tree-1yr-1）。广玉兰和香樟的排放强度比以上4种树种低了一个数量级（分别为1.5x1029 C tree-1yr-1和1.3x1029 C tree-1yr-1）。台州市的另外两种常见树种湿地松和银杏的排放强度分别为8.19 C tree-1yr-1和4.69 Ctree-1yr-1。
　　 3．在杭州及台州的树种中，外来迁入种的排放速率并未表现出特别高或者特别低的值。在杭州BVOC排放能力最高的树种中，垂柳和枫香都是本地广泛分布种，而合欢、二球悬铃木和湿地松则是外来观赏性树种。此外，杭州地区常绿阔叶林主要树种青冈的BVOC排放潜力与香樟、广玉兰等相当，略低于湿地松，同时杭州市另外两种常见的本地种，马尾松和杉木的BVOC排放潜力都很小。而在台州，垂柳、龙爪槐和枫香的BVOC排放能力相对较高，且都是本地广泛分布种，而外来观赏性树种合欢的排放潜力仅次于垂柳，排在第二位。同时台州市另外两种常见的外来种，广玉兰和湿地松的BVOC排放潜力相对较小，与本地种香樟及银杏相当。
　　 4．大杭州地区单位面积BVOC排放潜力为4.7 t C km-2yr-1，低于同处于中亚热带但纬度低2° N的台州地区（6.8 t Ckm2yr1）。杭州与台州的排放强度都小于亚热带南缘气候区香港地区(7.8 t C km-2yr-1)。在生物群区尺度上，单位面积BVOC排放排放强度显示为香港>台州>杭州>北京。说明无论植被组成如何，单位面积BVOC排放强度都随着纬度的降低而增高。

目录

文摘

英文文摘

致谢

图表目录

1 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概述

1.3 本研究的目标和内容

2 研究样地和研究方法

2.1 杭州

2.2 台州

2.3 树种调查和叶生物量测定

2.3.1 数据来源

2.3.2 城市内调查方法

2.3.3 野外测定与采样

2.3.4 叶生物量测定及计算

2.4 植物挥发性有机复合物排放速率的测定方法

2.5 BVOC排放总量计算

2.5.1 CHL算法

2.5.2 DST算法

3 杭州地区BVOC排放

3.1 杭州地区BVOC排放日变化及季节动态

3.2 杭州地区主要树种BVOC排放强度

3.3 杭州市不同绿地类型排放强度

4 台州地区BVOC排放

4.1 台州地区BVOC排放日变化及年排放规律

4.2 台州市区主要树种BVOC排放强度

4.3 台州市不同绿地类型排放量

5 BVOC排放速率测定值

6 讨论

6.1 本地树种与外来树种BVOC排放强度的比较

6.2 不同绿地类型下BVOC排放的比较

6.3 杭州和台州圯区BVOC排放强度的比较

6.4 BVOC排放强度对大尺度温度带的响应

7 结论与研究展望

7.1 结论

7.2 研究展望

参考文献

附录A

附表1 主要树种排放潜力

附录 参考文献

附录2 主要树种叶生物量