无锡惠山森林公园香樟林内挥发物成分及其变化研究*

任露洁 王 成 古 琳 张 晶 王晓磊

中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局城市林业研究中心 北京 100091

由于植物挥发物在净化空气、改善人体心理及生理健康方面的功效［1］，在夏季研究森林公园里香樟林内挥发物的组成及其变化规律，有助于了解林内气体环境的状况，特别是具有保健功能的气体变化情况，从而更加科学地指导游人使用香樟林，发挥其游憩保健功能，提升森林公园的生态服务水平。

1 研究区概况

本研究选择位于江苏省无锡市滨湖区的惠山国家森林公园。该公园距市中心3 km，1993年建园，面积为933.33 hm2，现已成为无锡市区内最大的绿地公园。气候属北亚热带季风气候、。主要林分是以香樟、三角枫 (Acer buergerianum)、枫香、麻栎、湿地松、黑松等为主的天然次生林。选择观测的香樟林面积为7 000 m2，郁闭度0.85。香樟生长健康，平均树高15 m，平均胸径12.6 cm，平均枝下高6.5 m。林下植被有络石 (Trachelospermum jasminoides(Lindl.)Lem.)、 蕨 类 (Pteridium aquilinum(Linn.)Kuhn var.I)、竹叶草 (Oplismenus compositus(Linn.)Beauv.)等。

2 研究方法

2.1 采样

在2011年9月2日 (天气晴好无风)采用开放式采样。实验中采样仪两两间隔10 m，并呈“品”字形置于林内，采样仪的进气方向与地面保持平行。从当天9∶00时开始到次日7∶00时结束，每隔60分钟采样1次 (每次3个重复)，采样时间为60分钟，气体流量为100mL/分钟，采样高度约1.5 m。

采样管为Varian公司生产的TCT采样管，采样仪为北京劳动保护所生产的QC－1型大气采样仪。

2.2 指标测定

样品分析采用ATD－GC/MS技术在北京林业大学生物学院分析中心完成。根据质谱检索系统分析结果，查阅相关化工辞典和科技辞典进行确认及筛选。

相关指标计算方法:1)某挥发物成分出现的频率=检测到该物质的样品管数目/样品管总数目 (36根样品管);2)某时间点总挥发物的相对浓度=(该物质峰面积/样品管中的所有气体峰面积之和)×100%;3)某气体成分或某类挥发物的相对浓度=(该物质峰面积/植物总挥发物的面积之和)×100%。

3 结果与分析

3.1 香樟林内的挥发物成分

通过对ATD－GC/MS强度最高时段总离子流(Total ION Current－TIC)的分析，利用软件技术手段扣除本地空气中的杂质，共鉴定出99种化合物(见表1)。香樟林内释放的VOCs种类繁多，包括烷烃 (17种)、烯烃 (15种)、酮 (13种)、醇 (11种)、芳香烃 (10种)、醛 (8种)、酸 (8种)、酯类 (8种)、炔烃 (3种)、醚(2种)以及未查阅到中文名称的物质4种。其中，醇类、酮类、烯烃以及烷烃在总挥发物浓度中所占比重较大，平均相对浓度分别为18.67%、14.89%、11.34%、12.3%，为香樟林内的主要挥发物。

表1 香樟林内挥发物成分

(续表)

3.2 香樟林内总挥发性有机物 (TVOC)浓度的日变化规律

香樟林内的TVOC浓度日变化总体表现为“三峰三谷”:7∶00—13∶00，15∶00—19∶00，21∶00 至翌日3∶00为TVOC浓度增大阶段，在3∶00，13∶00，19∶00出现高峰，最高峰值出现在13∶00(相对浓度为 68.8%);3∶00—7∶00，13∶00—15∶00，19∶00—21∶00为 TVOC浓度降低阶段，7∶00，15∶00，21∶00出现低谷，最低谷值出现在7∶00(相对浓度为16.7%)。TVOC在不同时间的浓度由大到小顺序为 13∶00＞19∶00＞11∶00＞3∶00＞1∶00＞17∶00＞9∶00＞23∶00＞5∶00＞21∶00＞15 ∶00 ＞7∶00。

通过方差分析和多重比较发现，7∶00的挥发物浓度显著低于其他各个时间点，13∶00的挥发物浓度显著高于其他各个时间点;在晚19∶00至早7∶00，各个时间点的挥发物浓度均有显著差异;在1∶00—9∶00时间段，各个时间点的挥发物浓度相互均有显著差异。

通过对总挥发物的浓度及其气候因子进行相关分析可以看出，温度、湿度、光照与香樟林内总挥发物的浓度有显著的相关性。其中，温度以及光照强度与总挥发物浓度呈显著正相关 (相关系数分别为0.621及0.547)，而与湿度呈显著负相关 (相关系数为－0.613)。

3.3 香樟林内影响人体身心健康的主要挥发物成分日变化规律

通过查阅相关文献对香樟林内的挥发物性质进行判断，结果发现，香樟林内的挥发物既存在对人体身心健康有利的成分，也存在少量对人体身心健康有害的成分。据测定结果，能够影响人体身心健康的主要挥发物成分在全天各个时间段内总含量由大到小排序为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。

香樟林内对人体健康有利的主要成分总含量占影响人体身心健康的主要挥发物总量的85.05%，总含量在3 ∶00(41.7%)、17 ∶00(55.5%)、19 ∶00(37%)较高，它们在各个时间点占影响人体身心健康的主要挥发物的比重由高到低顺序为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，对人体健康有利的主要成分在3∶00，17∶00，19∶00的总含量以及所占的比重较大，包括樟脑［2］、龙脑［3］、芳樟醇［4］、香天竺葵醇［5］、柠檬烯［6］、石竹烯［7］、月桂烯［8］、α － 蒎烯［9］和乙酸龙脑酯［10］。在一天中的相对浓度以及出现频率都较高的为龙脑、芳樟醇、乙酸龙脑酯、香天竺葵醇、樟脑、柠檬烯。龙脑在一天24小时内均可被检测到，高浓度值出现在3∶00，15∶00，17∶00，19∶00，相对浓度分别为 9.3%，8.1%，10.2%，16.8%;芳樟醇高浓度值出现在3∶00，7∶00，19∶00，相对浓度分别为 12.4%，9.6%，7.1%;乙酸龙脑酯在一天中的释放波动较大，最高浓度值出现在1∶00(11.6%)，最低浓度值出现在19∶00(1.1%);香天竺葵醇、樟脑、柠檬烯在一天中的高浓度释放时间点以及相对浓度分别为21 ∶00(10.9%)、17 ∶00(16.1%)、17∶00(9.7%)。

香樟林内对人体健康有害的主要成分的总含量占影响人体身心健康的主要挥发物总量的14.95%，总含量在1∶00(7.3%)和15∶00(7%)较高，它们在各个时间点占影响人体身心健康的主要挥发物总量的比重由高到低的顺序为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)。可以看出，对人体健康有害的主要成分在1∶00的总含量以及所占的比重较大。其主要成分为三氯甲烷和甲苯，较高浓度释放时间点以及相对浓度分别为1∶00(4.1%)和15∶00(7.3%);出现频率也较低，分别为8.3%和5.6%。

4 结论与讨论

1)香樟林内共释放挥发物成分99种，包括烷烃、烯烃、酮、醇、芳香烃、醛、酸、脂、炔烃及醚10类化合物;其中醇类、酮类、烯烃以及烷烃的相对浓度以及出现频率较高，是香樟林内的主要有机挥发物;挥发物的释放总体上呈现为“三峰三谷”的变化趋势，具体表现为3∶00、13∶00、19∶00出现高峰，最高峰值出现在13∶00;7∶00、15∶00以及21∶00出现低谷，最低谷值出现在7∶00。

2)从成分类型和含量上看，香樟林内释放的挥发物主要是以有益于人体健康的成分为主，占影响人体身心健康的主要挥发物总量的85.05%。香樟林内对人体健康有利的挥发物主要是樟脑、醇类、乙酸龙脑酯以及萜烯类挥发物，主要出现在3∶00、17∶00、19∶00且总含量以及所占的比重较高;对人体健康有害的挥发物主要是甲苯以及三氯甲烷，主要出现在凌晨1∶00且总含量以及所占的比重较低。从挥发物的角度和游人出行的时间考虑，17∶00—19∶00到惠山森林公园香樟林内游憩更有益于游人的健康。

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