北京森林BVOCs排放现状及动态变化特征分析

张 蔷,李令军*,赵文慧,刘保献,3,鹿海峰,秦丽欢,陈韵如,李 琪

北京森林BVOCs排放现状及动态变化特征分析

张 蔷1,2,李令军1,2*,赵文慧1,2,刘保献1,2,3,鹿海峰1,2,秦丽欢1,2,陈韵如1,2,李 琪1,2

(1.北京市生态环境监测中心,北京 100048；2.大气颗粒物监测技术北京市重点实验室,北京 100048；3.清华大学环境学院,北京 100084)

以北京地区森林植被为研究对象,基于森林资源清查蓄积资料和逐小时气象数据,采用光温影响模型对2000～2020年北京森林BVOCs排放量进行估算,并分析其对空气质量的影响.结果显示,2020年北京森林BVOCs排放量为39.57×109g C,异戊二烯、单萜烯和OVOCs分别占72.19%、17.48%和10.32%,杨树、栎树等阔叶树是主要的异戊二烯排放源,油松等针叶树是主要的单萜烯排放源.2000～2020年森林BVOCs排放量从20.30×109g C/a 增加到39.57×109g C/a,年平均增长率4.75%;BVOCs排放量的变化表现出明显阶段性特征,2000～2010年增长缓慢,2010～2020年出现大幅上升.20年间异戊二烯所占比重呈下降趋势,单萜烯和OVOCs所占比重则呈上升趋势;杨树对BVOCs排放量的贡献逐渐降低,栎树和其他阔叶树的贡献明显增加,北京新增森林更加注重物种多样化.2000～2020年,BVOCs的O3生成潜势从181.76×109g增加到331.07×109g,异戊二烯占92.70%,是主要的贡献者;SOA 生成潜势从1.11×109g增加到2.65×109g,单萜烯和异戊二烯分别占75.40%和24.60%.O3生成潜势最大的树种是杨树,SOA生成潜势最大的树种是油松.森林BVOCs排放在夏季对O3污染的贡献最大,未来绿化中应考虑优化树种组成.

蓄积量；异戊二烯；单萜烯；臭氧；二次有机气溶胶；挥发性有机物

近年来,北京市大气细颗粒物浓度显著下降,但是臭氧(O3)污染逐步凸显,成为影响空气质量的关键因素,开展细颗粒物和O3的协同控制是当前大气污染防治工作的当务之急[1].挥发性有机化合物(VOCs)是O3和二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物,可以与大气中的氮氧化物和羟基自由基等氧化剂发生化学反应,加剧环境空气的污染[2].作为VOCs的主要来源之一,天然源挥发性有机化合物(BVOCs)排放量大、且化学活性高,占全球VOCs总排放量的90%以上,对O3和SOA的形成具有重要影响[2-4].因此,建立一个准确的BVOCs排放清单,对评估其对大气环境的影响、制定有效的空气污染防治措施至关重要.

自20世纪90年代以来,科学家使用不断更新改进的生物模型对不同空间尺度的BVOCs排放量进行了估算.Graedel等[5]和Guenther等[2,4]编制了全球陆地生态系统VOCs排放清单,研究人员[6-8]使用不同空间分辨率数据对中国的BVOCs排放量及分布特征进行了研究.在北京地区,研究人员基于不同的排放模型、土地覆盖和气象数据,对全市植被的BVOCs排放进行了测算,如张倩等[9]采用GLOBEIS模型和遥感解译资料估算了北京BVOCs排放通量; Ren等[10]使用改进的G95算法分别计算了北京天然林和城市绿色空间的BVOCs排放量;谢扬飏等[11]则基于园林绿化普查资料建立了北京市园林绿地BVOCs排放清单.此外,研究人员进一步分析了BVOCs对空气质量的影响,估算了北京地区异戊二烯对O3生成的贡献[12-14],对异戊二烯和单萜的O3和SOA生成潜势进行了测算[10,15-16].但是,目前对北京地区的研究大多是基于植被面积来估算叶生物量,不同研究之间的结果具有较大差异(近10倍),现有研究较少以具体树种为对象、基于蓄积量进行BVOCs排放测算.事实上,研究显示树木的蓄积量与生物量具有显著的相关关系[17],通过生物量计算公式可实现二者间的换算[18].

此外,已有的研究主要集中于BVOCs的排放现状,对于BVOCs排放的动态变化特征关注较少.植被覆盖和气候的改变会引起BVOCs排放发生显著的年际变化[1,19].近年来,为改善生态环境,北京市实施了百万亩造林、京津风沙源治理、绿化隔离带建设等一系列的生态恢复工程,北京地区的森林面积和蓄积量不断增加.据统计,2006～2020年北京森林覆盖率从35.9%增长到44.4%,森林蓄积量增加了1225万m3[20].研究BVOCs排放的变化趋势,将有助于了解植被覆盖快速变化背景下BVOCs排放对大气污染的影响.因此,本研究基于Guenther等[2,21]提出的光温影响模型,利用北京市森林资源清查蓄积资料和逐小时气象数据,建立2000～2020年北京市森林BVOCs排放清单,分析其排放现状及变化趋势,并量化BVOCs对区域空气质量的影响,为制定有效的污染防治措施提供科学支撑.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

北京(39°26′～41°04′N,115°25′～117°30′E)地处华北平原北部,背靠燕山,全市总面积1.64×104km2.北京属于典型的北温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥.多年平均气温12.3℃,1月份气温最低,平均-3.7℃,7月份气温最高,平均26.2℃.多年平均降水量571.9mm,全年降水量约80%集中在6～8月份[22].北京地区植被资源丰富,主要的地带性植被为暖温带阔叶林和针阔混交林.根据北京市园林绿化局公布的2020年森林资源调查结果,全市林地面积11299.80km2,林木绿化率为62.50%,其中森林面积8483.14km2,森林蓄积量2520.67万m3,森林覆盖率达44.40%[20].

1.2 研究方法

1.2.1 BVOCs排放计算模型 植物排放的VOCs种类繁多,其中研究较多的是异戊二烯和单萜烯,这是由于二者排放量大且化学活性强[23].本研究将北京森林源BVOCs划分为异戊二烯、单萜烯和其他VOCs(OVOCs)3类,分树种分别进行估算.植物排放VOCs的速率主要受温度和光照的影响,本研究采用Guenther等[2,21]提出的光温影响模型进行排放量估算.其中,异戊二烯排放受温度和太阳辐射的影响,采用叶绿素(CHL)算法;单萜烯和OVOCs排放主要受到温度的影响,采用防御专属组织(DST)算法.计算公式如下:

ISOP=[][][γPγTγS][] (1)

MON/OVOC=[][][γTγS][] (2)

式中:ISOP、MON和OVOC分别代表异戊二烯、单萜烯和OVOC的排放量, g;为标准状态下该树种的基本排放速率, µg C/(g·h);为叶生物量, g;P、T和S为环境校正因子,分别代表光合有效辐射、温度和季节的影响;为逸出效率,表示排放总量中逸入树冠上方大气中的部分所占比例.

1.2.2 O3和SOA生成潜势估算模型 通过估算BVOCs的O3和SOA生成潜势,表征其对空气质量的潜在影响.O3生成潜势(OFP)代表VOCs物种在最佳反应条件下对O3生成的最大贡献,采用“增量反应”法进行计算,即每加入一单位的VOC所形成的O3的量.SOA生成潜势使用“气溶胶生成系数(FAC)”法进行量化.公式如下:

OFP= VOC×MIR(3)

SOA=VOC×FAC(4)

式中: OFP, VOCs组分的OFP值, g; VOC, VOCs组分的排放量, g; MIR, VOCs组分的最大增量反应活性.本文MIR的取值采用Carter[24]的研究成果,其中异戊二烯为10.61g/g,单萜烯为4.04g/g;最新的研究表明,该MIR值的应用可能会低估我国VOCs对臭氧生成的贡献量, 且对臭氧生成关键物种的判定方面可能与实际会有一定的差异[25]. SOA, VOCs组分的二次有机气溶胶生成量, g; FAC, VOCs组分的SOA生成系数,以Grosjean[26]的研究数据为参考,异戊二烯FAC取0.02,单萜烯FAC取0.3.

基于上述计算结果,使用Ren等[10]和Ghirardo等[16]提出的简化的“箱式”模型计算BVOCs排放对空气质量的影响.公式如下:

ozone(i)=OFP×BVOCi∕(×) (5)

SOA(i)=SOA×SOA∕(×) (6)

式中:Ozone(i)、SOA(i),分别代表VOCs组分导致的O3、SOA的浓度增量;为研究区域的面积, km2;为大气混合层高度, 1200m[14,27];BVOCi、SOA,分别代表BVOCs和SOA在大气中的寿命[10].

1.3 模型参数的确定

1.3.1 标准排放因子 本文中各树种的异戊二烯和单萜烯的标准排放因子通过文献调研获取.根据森林资源调查统计结果,北京地区主要的优势树种分为油松、落叶松、侧柏、杨树、栎树、桦木、刺槐和阔叶树(包括榆树、臭椿、银杏、柳树、悬铃木、核桃楸等其他阔叶树).不同研究之间的树种排放潜力观测结果具有较大差异.为使排放因子数据尽可能准确,本文参考张莉等[28]的方法,优先选择北京及周边地区的实测值,取异戊二烯和单萜烯排放速率的平均值作为标准排放因子,结果见表1[29].OVOCs由于排放速率低、研究较少,其标准排放因子采用Guenther等[30]的推荐值1.5µg C/(g·h).

表1 北京优势树种BVOCs标准排放因子

1.3.2 叶生物量 根据北京市第5～9次森林资源调查数据,统计优势树种各龄级的蓄积量,推算叶生物量.具体计算公式如下:

=×T∕T×L

=×T/T×L

式中:是叶生物量, g;是树种蓄积量, m3;T是树干密度, 106g/m3;T是树干生物量占乔木层总生物量的比例, %;L是叶生物量占乔木层总生物量的比例, %.根据张莉等[28]、吕迪[35]提出的方法,将各树种的树干密度、主要森林类型各林龄的T和L值整理为表2.

表2 优势树种的植物学参数

1.3.3 校正因子 (1)温度校正因子

异戊二烯的温度校正因子计算公式:

γT= exp[T1(−S)/S] / {1+exp[T2(−M)/

S]} (7)

式中:T1、T2、M均为经验系数,值分别为95000J/ mol、230000J/mol和314K;为气体平衡常数,值为8.314J/(K·mol);为采样时叶片实际温度,单位为K,本文用气温代替;S为标准条件下的叶温,303K.

单萜烯和OVOCs的温度校正因子计算公式:

γT= exp[(−S)] (8)

式中:经验系数值为0.09K-1,其它变量与公式(7)相同.

(2)光照校正因子

光照校正因子计算公式如下:

P=(L)∕(1+22)0.5(9)

式中:、L为经验系数,取值分别为0.0027和1.066,为光合量子密度[PPFD, µmol/(m2·s)],来源于太阳辐射.

(3)季节校正因子

植物的叶龄和叶生物量会随季节发生变化,进而影响BVOCs排放.参照Staudt等[49]的研究,各月季节校正因子计算公式如下:

S=1−{1−exp[-(−0)2∕]} (10)

式中:指年排放速率变化幅度与最大排放速率之比,落叶树种为1,常绿树种为0.8[10];为月份;0为排放速率最大的月份,北京是7月;为BVOCs进行活跃排放的月数,常绿树种为12,北京地区落叶树种为6[28].

1.3.4 气象数据 本文使用的温度、光合有效辐射逐小时数据来源于北京城市生态系统研究站、国家气象科学数据中心及《1961—2014年中国光合有效辐射重构数据集》[50].

2 结果与讨论

2.1 北京森林BVOCs排放现状

2020年北京森林BVOCs排放量为39.57×109g C,其中异戊二烯、单萜烯和OVOCs排放量分别为28.57×109, 6.92×109和4.08×109g C,分别占BVOCs总排放量的72.19%、17.48%和10.32%,异戊二烯是北京森林BVOCs的主要组分(图1a).

根据树种的BVOCs排放量对其进行排序(图1b),结果显示不同树种的排放量及VOCs组成均存在较大差异.杨树的BVOCs排放量最高,年排放量达到15.43×109g C,占总排放量的38.99%;栎树次之,年排放量12.09×109g C,占总量的30.55%;油松BVOCs年排放量4.05×109g C,对总量的贡献率为10.25%.阔叶树种是主要的异戊二烯排放源,其中杨树和栎树对异戊二烯排放的贡献率分别达到48.81%和32.01%,这主要是由于二者具有较大的蓄积量和异戊二烯排放速率;而油松等针叶树种是主要的单萜烯排放源,油松的单萜烯排放量为3.17×109g C,占单萜烯总量的45.81%.

图1 北京森林优势树种BVOCs排放量及组成

与前人的研究结果进行对比,发现不同地区BVOCs各组分的占比具有较大差异,整体来看北方地区植物排放的VOCs中异戊二烯占比较高,由北向南异戊二烯占比呈下降趋势.桂丽[37]对西安市BVOCs排放的研究显示,异戊二烯、单萜烯和OVOCs分别占总排放量的44.91%、24.16%和30.93%;刘岩等[51]对长江三角洲地区的调查发现,异戊二烯占BVOCs总排放量的37.3%;郑君瑜等[52]在珠江三角洲地区的研究则显示,异戊二烯仅占总排放量的24.7%.与上述研究相比,北京地区BVOCs中异戊二烯的贡献率更高,这一差异主要是由于各地区植被类型的不同导致的.杨属和栎属植物是北京市主要的植被类型,二者均具有较高的异戊二烯排放强度,且叶密度大、叶生物量高,因此北京森林排放的VOCs组分以异戊二烯为主.河北与北京地理位置相近、自然条件相似,樊冲[36]对河北省森林BVOCs排放的研究显示,异戊二烯、单萜烯和OVOCs对总排放量的贡献率分别为76.5%、13.6%和9.9%,与北京地区相似.

北京森林BVOCs的排放量和组分组成均表现出明显的季节变化特征(图2).夏季(6～8月)BVOCs排放量最高,达到30.74×109g C,占年排放总量的77.67%;春季(3～5月)和秋季(9～11月)排放量分别占总量的11.80%和10.27%;冬季(12～次年2月)排放最低,仅占0.26%.夏季是BVOCs排放的主要时段,此时气温和太阳辐射均较高,达到一年中的最大值,叶面积指数和酶活性也较高,可以促进植物VOCs的释放.此外,BVOCs中不同组分的贡献率也随季节发生变化,其中异戊二烯的变化幅度最大,1～7月份占比呈上升趋势,7～12月份呈下降趋势;单萜烯贡献率的变化趋势则与之相反,呈冬季高、夏季低.北京地区的异戊二烯排放源主要是落叶阔叶树,随季节变化呈现夏盛冬衰的规律;单萜烯的排放源主要是针叶树种,叶片四季常绿,在全年均有排放.因此,与其他BVOCs组分相比,异戊二烯排放量对季节变化更为敏感.

图2 不同月份BVOCs的排放量及组成

2.2 2000～2020年BVOCs排放变化趋势

如表3所示, 2000～2020年北京市森林源BVOCs年排放量从20.30×109g C上升到39.57×109g C,增加了近1倍,年平均增长率4.75%.北京地区BVOCs年排放量的增长率高于全国平均水平,Li等[1,53]的研究显示,1981～2003年和2008～2018年间,全国BVOCs排放年增长率分别为1.27%和2.03%.北京森林BVOCs排放量增加,主要是由于树木生长以及植树造林引起的生物量增加导致的.从图3可以看出,二者随时间的变化趋势基本保持一致,呈逐年上升的态势.北京森林BVOCs排放量的变化表现出明显的阶段性特征,2000～2010年间增长较为缓慢,2010～2020年间则出现大幅度上升,这与北京市百万亩造林等绿化工程的实施密切相关.

2000～2020年,异戊二烯所占比重呈下降趋势,单萜烯和OVOCs所占比重则呈上升趋势. 20年间异戊二烯、单萜烯和OVOCs的年排放量分别增加了12.44×109, 4.29×109和2.54×109g C(表3),分别占BVOCs总增量的64.54%、22.28%和13.16%.BVOCs各组分在不同调查阶段所占比重不同,异戊二烯所占比重逐渐下降,2000年占总排放量的79.45%,2020年下降到72.19%;单萜烯和OVOCs所占比重则逐渐上升,单萜烯占比从12.93%增加到17.48%, OVOCs占比从7.63%增加到10.32%.杨树作为异戊二烯的强排放源,由于生长速度快、可快速成林,在北京早期植树造林中得到广泛应用,导致异戊二烯排放量占比较高;但杨树容易招病虫害、易倒伏、生长后劲不足,且产生的杨絮容易引发过敏性疾病等,近年来种植逐渐减少,而油松、侧柏等树种的种植逐渐增多,因此异戊二烯排放量占比下降、单萜烯占比增加.

表3 2000～2020年北京森林BVOCs排放量

近几十年来,研究人员对北京市BVOCs排放特征进行了较多研究,由于使用的数据源和算法不同,导致不同研究结果之间存在差异(图3).Wang等[54]对1998年北京市BVOCs排放量的估算结果为16.2×109g C;Ren等[10]估算了1990年和2015年北京市BVOCs的排放量,结果分别为10.9×109和33.0×109g C;张倩等[9]和井潇溪[15]分别对2015年和2017年北京BVOCs排放量进行测算,结果分别为35.5×109和43.6×109g C.

图3 不同研究对北京市BVOCs排放量的估算

从图3可以看出,本文测算的北京市BVOCs排放量和年际变化趋势与上述研究成果较为接近,但是低于Klinger等[6]和谢扬飏等[11]的计算结果.Klinger等[6]在2001年对全国生态系统的VOCs排放量进行了测算,其中北京市BVOCs释放量为48.0×109g C;谢扬飏等[11]依据园林绿地普查结果,估算得到2000年北京绿地天然源VOCs排放量为38.5×109g C.不同研究所使用的土地覆盖数据的不同是导致估算结果产生差异的主要原因之一,Klinger等[6]所使用的森林面积是Wang等[54]的约3倍,因此其估算结果较高.此外,各研究使用的估算模型不同也会导致结果产生较大差异.如谢扬飏等[11]使用Guenther等[21,55]提出的算法进行BVOCs测算,但未考虑叶龄随季节变化的影响,导致估算结果偏大.

2.3 优势树种的BVOCs排放变化趋势

对2000～2020年间各优势树种的BVOCs排放变化趋势进行分析,首先从排放量来看,杨树、栎树、阔叶树、油松和侧柏的排放量均呈逐年上升的趋势;落叶松、桦木和刺槐的排放量整体上呈增加趋势,在个别年份出现下降(表4).这与各树种叶生物量的变化趋势相一致(表5),表明其BVOCs排放量的变化主要是由叶生物量变化引起的.其中,栎树、阔叶树、杨树和油松的BVOCs年排放量分别增加7.17×109, 4.09×109, 3.93×109和2.69×109g C,占全市森林BVOCs排放增量的92.84%.特别是栎树,是BVOCs排放增量最多的森林类型,占总增加量的37.23%;同时其叶生物量增量也最高,占总增量的27.15%.在北京地区,栎树主要分布在山区,以蒙古栎为主的栎属植物是北京山区面积最大、分布最广的森林类型,也是北京山区地带性的落叶阔叶林顶级群落之一.

表4 2000～2020年优势树种BVOCs排放量及贡献率

从贡献率来看,在所有林分类型中,杨树、栎树和油松对BVOCs排放量的贡献在各调查阶段均较高,占总排放量的79.79%～88.85%.其中,杨树的贡献率最高,2000年占森林BVOCs总排放量的56.61%,之后整体呈现下降趋势,到2020年贡献率减少到38.99%;与之相对应的是栎树,2000年对森林BVOCs排放的贡献率为24.22%,随后保持稳中有升的态势,到2020年占比达到30.55%.此外,阔叶树对森林BVOCs的贡献率也表现出明显的变化趋势, 2000年占比为6.50%,到2020年占比增加到13.68%.特别是2015～2020年间,阔叶树占比上升了5.97%,而同一时期杨树占比下降了13.49%.据统计,林业资源调查中的阔叶树包括榆树、银杏、柳树、悬铃木、核桃楸等30余种树种,表明北京新增的森林植被更加注重物种多样化.

表5 2000～2020年优势树种叶生物量(109g)

2.4 BVOCs排放对空气质量的影响

如表6所示, O3生成潜势从2000年的181.76×109g增加到2020年的331.07×109g.其中,异戊二烯对O3生成潜势的贡献率从94.17%下降到91.56%,平均贡献率为92.70%,是主要的贡献者;单萜烯对O3生成潜势的贡献率从5.83%增加到8.44%,平均贡献率为7.30%.SOA 生成潜势从2000年的1.11×109g增加到2020年的2.65×109g,其中异戊二烯对SOA生成潜势的贡献率从29.07%下降到21.59%,平均贡献率为24.60%;单萜烯的贡献率从70.93%增加到78.41%,平均贡献率为75.40%,是主要的贡献者.O3生成潜势最大的树种是杨树,SOA生成潜势最大的树种是油松.

表6 2000～2020年北京森林BVOCs的O3和SOA生成潜势

为量化北京森林源BVOCs对区域空气质量的影响,采用简化的“箱式”模型进行估算.结果显示,近20年来森林BVOCs排放对大气环境中O3和SOA浓度的贡献量逐年上升(图4).截止到2020年,BVOCs排放产生的O3生成潜势导致全市范围内大气年均O3浓度上升20.50μg/m3,全市大气年均SOA浓度增加2.36μg/m3.

图4 BVOCs排放对空气质量的影响

图5 2020年BVOCs排放对环境O3污染的贡献

环境O3数据来源于北京市生态环境局《2016-2020北京市生态环境质量报告书》

森林源BVOCs排放具有明显的季节变化特征,由其引起的大气O3浓度增加主要集中在夏季.从图5可以看出,在排放量最高的6～8月份,森林BVOCs导致大气O3浓度平均上升65.23μg/m3.在其他相关研究中,也发现了类似的规律.Ren等[10]的研究显示,2015年BVOCs排放导致北京城市核心区7月份臭氧浓度增加71.5μg/m3,占环境浓度的30%.Li等[56]在长江三角洲地区的研究发现,BVOCs排放对日间O3浓度的贡献在18.6%～24.9%之间.此外,虽然北京地区植物源VOCs排放量低于人为源,但是植物源VOCs组分具有更高的反应活性和O3形成潜力[14-15],因此其对大气O3污染的影响不容忽视.

为改善环境空气质量,未来进行城市绿化时,应优先考虑VOCs排放较低的树种,建议在现有基础上进一步减少杨树等O3生成潜势较大的树种;此外,虽然BVOCs对PM2.5影响较小,但目前贡献占比最大的油松为北京城市绿化主种的树种之一,应考虑总量控制.

3 结论

3.1 2020年,北京市森林BVOCs排放量为39.57× 109g C,其中异戊二烯、单萜烯和OVOCs分别占总排放量的72.19%、17.48%和10.32%.北京主要的优势树种中,对BVOCs排放贡献较高的是杨树、栎树和油松,阔叶树种是主要的异戊二烯排放源,油松等针叶树种是主要的单萜烯排放源.

3.2 2000～2020年,北京市森林BVOCs年排放量从20.30×109g C上升到39.57×109g C,年平均增长率4.75%.BVOCs排放量的变化表现出明显阶段性特征,2000～2010年增长缓慢,2010～2020年则出现大幅上升,这与北京市百万亩造林等绿化工程的实施密切相关.研究期内,异戊二烯所占比重呈下降趋势,单萜烯和OVOCs所占比重呈上升趋势;异戊二烯的强排放源杨树的占比减少,栎树和其他阔叶树的占比增加,北京新增的森林植被更加注重物种多样化.

3.3 2000～2020年,北京森林BVOCs的O3生成潜势从181.76×109g增加到331.07×109g,其中异戊二烯是主要的贡献者,占92.70%;SOA 生成潜势从1.11× 109g增加到2.65×109g,单萜烯是主要贡献者,占75.40%.O3生成潜势最大的树种是杨树,SOA生成潜势最大的树种是油松.

3.4 2020年,BVOCs排放导致全市大气年均O3浓度上升20.50μg/m3, SOA浓度增加2.36μg/m3,森林BVOCs排放在夏季对O3污染的影响最为明显.未来城市绿化中应考虑优化树种组成,以减少BVOCs对环境空气质量的影响.

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The current status and characteristics of variations in forest BVOCs emissions in Beijing.

ZHANG Qiang1,2, LI Ling-jun1,2*, ZHAO Wen-hui1,2, LIU Bao-xian1,2,3, LU Hai-feng1,2, QIN Li-huan1,2, CHEN Yun-ru1,2, LI Qi1,2

(1.Beijing Municipal Ecological and Environment Monitoring Center, Beijing 100048, China；2.Beijing Key Laboratory of Airborne Particulate Matter Monitoring Technology, Beijing 100048, China；3.School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)., 2022,42(9)：3991～4000

Accurate estimation of biogenic volatile organic compounds (BVOCs) emissions is necessary for developing effective air pollution control measures. To understand the current status and characteristics of variations in forest BVOCs emissions in Beijing, historical BVOCs emission inventories for the period from 2000 to 2020 were developed based on the volume data of forest resources survey, hourly meteorological data and light-temperature model. The results show that the forest BVOCs emissions in 2020 were 39.57×109g C, of which isoprene, monoterpene and other VOCs accounted for 72.19%, 17.48% and 10.32%, respectively. Broadleaf trees emitted the largest amount of isoprene and total BVOC emissions, while conifers made the largest monoterpene emission. Results show that Beijing’s annual forest BVOCs emissions had increased from 20.30×109g C in 2000 to 39.57×109g Cin 2020, with an annual average increase rate of 4.75%. Isoprene, monoterpene and other VOCs accounted for 64.54%, 22.28% and 13.16% of the total increment, respectively. In the past 20 years, the proportion of isoprene decreased, while the proportion of monoterpene and OVOCs increased. The contribution to the BVOCs emissions tended to decrease for poplar while to increase significantly for quercus and other broadleaf trees, indicating that the new afforestation in Beijing has led to a higher species diversity. From 2000 to 2020, the ozone formation potential of BVOCs had increased from 181.76×109to 331.07×109g C, of which isoprene was the main contributor, accounting for 92.70%. The secondary organic aerosol formation potential of BVOCs had increased from 1.11×109to 2.65×109g C, and the contribution of monoterpene and isoprene was 75.40% and 24.60%, respectively. Poplar exhibits the highest ozone formation potential, andshows the highest secondary organic aerosol formation potential. The forest BVOCs emissions made relatively higher contribution to ozone pollution in summer. Therefore, tree species optimization should be considered to mitigate BVOCs emissions.

timber volume；isoprene；monoterpene；ozone；secondary organic aerosol；volatile organic compounds

X511

A

1000-6923(2022)09-3991-10

2022-02-21

国家重点研发计划资助项目(2021YFC1809000);北京市科技计划(Z211100004321006)

*责任作者, 教授级高级工程师, lilj2000@126.com

张 蔷(1992-),女,山东聊城人,高级工程师,博士,主要从事生态遥感、植物化学计量等方面的研究.发表论文8篇.