南亚热带森林地表和植物挥发性有机物通量对模拟氮沉降的响应

发布时间：2017-09-06 21:13

  本文关键词：南亚热带森林地表和植物挥发性有机物通量对模拟氮沉降的响应

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【摘要】：挥发性有机化合物(Volatile organic compounds, VOCs)是大气中一类重要的气态化合物,能参与大气光化学反应,对臭氧、二次有机气溶胶生成具有贡献,并能直接或间接地危害人体和环境健康。森林地表(包括土壤和凋落物)能释放或吸收VOCs,日益加剧的氮沉降会影响森林土壤生态过程,从而可能影响森林地表VOCs通量；植物更是VOCs重要的来源,氮沉降可能通过影响植物生理生化过程来影响植物源VOCs的释放。尽管氮沉降已影响了生态系统的物质循环,威胁了生态系统的健康和安全,但有关森林地表和植物源VOCs释放对氮沉降响应的研究十分有限。本文模拟研究了氮沉降对森林地表和植物VOCs通量的影响,主要内容和结果如下：(1)运用静态箱采样、大气预浓缩仪-GC-MS分析,研究了鼎湖山两种典型森林——马尾松林和季风常绿阔叶林(简称阔叶林)地表VOCs通量对氮沉降增加的响应。结果表明：自然氮沉降下,森林地表通量较大的有正十一烷、正十二烷、α-蒎烯、苯系物(苯、甲苯、乙苯和二甲苯)等；马尾松林地表吸收大部分VOCs,低氮抑制了马尾松林地表VOCs的吸收,中氮主要使地表由“汇”变为“源”；阔叶林地表主要释放VOCs,氮沉降降低了阔叶林地表VOCs的释放或使地表由“源”变“汇”,且低氮和高氮的影响效果更显著。阔叶林地表VOCs通量无明显日变化规律,对照和高氮样地最大释放出现在7：00和10：00,最大吸收出现在13：00和19：00。自然氮沉降条件下,阔叶林地表C02通量显著高于马尾松林,氮处理均促进了两种森林地表CO2的释放。地表部分VOCs通量与C02通量、土壤温度和土壤湿度呈显著相关。马尾松林土壤和凋落物主要表现为“源”,而阔叶林中,土壤主要表现为“汇”,凋落物既释放VOCs也吸收VOCs。一定水平的外加氮会促进土壤或者凋落物VOCs的释放,而阔叶林高氮沉降却导致凋落物主要VOCs的释放量下降甚至使凋落物发生功能转变。(2)运用动态箱采样、PTR-TOF-MS分析,模拟研究了南亚热带典型植物——马尾松和荷木叶片VOCs释放对不同氮沉降方式(土壤施氮和叶面施氮)的响应。结果表明：模拟自然氮沉降背景下,总VOCs (TVOCs)释放量介于544.86～2056.92 nmolg-1h-1,且荷木TVOCs释放速率均高于马尾松。无论采用何种方式模拟自然氮沉降,含氧VOCs (OVOCs)对TVOCs贡献均最大,约占32.54%～64.48%。所鉴定的VOCs中,乙醛、甲醇、单萜烯释放速率较高。氮处理对植物源VOCs (BVOCs)释放速率的影响与施氮水平、施氮方式、树种及化合物本身有关。土壤施氮主要促进了马尾松VOCs的释放,却抑制了荷木VOCs的释放；而叶面施氮主要降低了马尾松和荷木叶片VOCs的释放速率。土壤施氮模拟氮沉降增加处理下,马尾松甲醛、丙酮、丙酮酸和氯甲烷等释放速率与气温呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关；荷木异戊二烯、环庚烯、单萜烯和甲苯的释放速率与气温呈显著负相关,与相对湿度呈正相关。施氮对土壤含水率、总磷、总氮、速效氮影响不明显,但显著降低了土壤pH,且叶面施氮下,土壤pH均高于土壤施氮。氮沉降主要促进了盆栽土壤VOCs的释放,且叶面施氮促进释放的效果更突出。
【关键词】：氮沉降 挥发性有机化合物 森林地表 植物 土壤 凋落物
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S718.5
【目录】：

• 本文缩写7-8
• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第1章 引言12-27
• 1.1 挥发性有机化合物(VOCs)概述12-20
• 1.1.1 VOCs的定义、来源及种类12-13
• 1.1.2 VOCs的环境健康效应13-14
• 1.1.2.1 VOCs对人类生存的直接影响13-14
• 1.1.2.2 VOCs对人类生存的间接影响14
• 1.1.3 植物源VOCs研究现状14-18
• 1.1.3.1 植物源VOCs分类及合成途径15-16
• 1.1.3.2 影响植物源VOCs释放的主要因素16-18
• 1.1.3.3 植物源VOCs的生态功能18
• 1.1.3.4 植物源VOCs对碳循环的贡献18
• 1.1.4 森林地表VOCs研究现状18-20
• 1.1.4.1 森林地表VOCs的来源及种类19
• 1.1.4.2 森林地表VOCs的生态作用19
• 1.1.4.3 影响森林地表VOCs的因素19-20
• 1.2 氮沉降概述20-25
• 1.2.1 氮沉降的定义、来源及现状20-22
• 1.2.2 氮沉降对森林环境的影响22-25
• 1.2.2.1 对植物的影响22-23
• 1.2.2.2 对土壤的影响23
• 1.2.2.3 对土壤微生物的影响23-24
• 1.2.2.4 对凋落物分解的影响24-25
• 1.3 BVOCs与氮沉降的关系25
• 1.4 研究意义和技术路线25-27
• 1.4.1 研究意义25-26
• 1.4.2 研究技术路线26-27
• 第2章 鼎湖山典型森林地表VOCs通量对氮沉降的响应27-60
• 2.1 材料与方法27-30
• 2.1.1 研究地概况27-28
• 2.1.2 实验设计28
• 2.1.3 样品采集与处理28-29
• 2.1.4 样品分析29
• 2.1.5 计算与统计分析29-30
• 2.2 结果与分析30-58
• 2.2.1 森林地表各类VOCs通量及其对氮沉降的响应30-45
• 2.2.1.1 氮沉降对森林地表各类VOCs通量的影响30-40
• 2.2.1.2 阔叶林地表VOCs通量日变化40-42
• 2.2.1.3 森林地表VOCs通量与CO_2通量及其它环境因子的关系42-45
• 2.2.2 森林土壤/凋落物与大气VOCs交换对模拟氮沉降的响应45-58
• 2.2.2.1 氮沉降对森林土壤与大气VOCs交换的影响45-51
• 2.2.2.2 氮沉降对森林凋落物与大气VOCs交换的影响51-58
• 2.3 本章小结58-60
• 第3章 外源施氮对植物VOCs释放的影响60-85
• 3.1 材料与方法60-62
• 3.1.1 研究地概况60
• 3.1.2 盆栽试验设计60
• 3.1.3 样品采集与处理60-61
• 3.1.3.1 植物叶片VOCs释放60-61
• 3.1.3.2 盆栽土壤VOCs交换速率61
• 3.1.4 样品分析61-62
• 3.1.5 数据处理与统计分析62
• 3.2 结果与分析62-83
• 3.2.1 外源施氮对植物源VOCs释放的影响62-76
• 3.2.1.1 TVOCs组成特征及其对氮沉降的响应62-64
• 3.2.1.2 外源氮处理对不同种类植物源VOCs的影响64-74
• 3.2.1.3 植物源VOCs与环境因子的关系74-76
• 3.2.2 盆栽土壤VOCs对模拟氮沉降的响应76-83
• 3.2.2.1 不同氮处理对土壤理化性质的影响76-79
• 3.2.2.2 不同氮处理对土壤主要VOCs与大气交换的影响79-83
• 3.3 本章小结83-85
• 第4章 研究结论与展望85-88
• 4.1 研究结论85-87
• 4.2 不足与展望87-88
• 参考文献88-95
• 已发表论文95-96
• 致谢96

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