曾建强等-GRL:原位测量如何克服种内差异获得代表性BVOCs排放因子

  

陆地植物排放的生物源挥发性有机物(BVOCs)约占全球VOCs排放总量的90%,对高反应活性BVOCs排放量的准确估算对探讨生物圈-大气圈相互作用及其空气质量与气候效应至关重要。然而,从全球到区域尺度,BVOCs排放量的估算仍存在较大的不确定性,BVOCs排放因子是造成其不确定性的重要因素。BVOCs排放因子的准确测量受到诸多因素影响,种内变异性是一个重要因素。同一种植物不同个体的排放因子可能有数量级差异,绝大多数野外观测对同一树种个体样本数不超过5个,因而难以获得统计意义上具有代表性的排放因子,也导致不同研究报道的同一种植物BVOCs排放因子差异悬殊。因此,野外BVOCs 排放因子实测时,如何能解决种内差异性而使测量结果具有代表性,同时又不会给野外测量带来巨大的额外负担,是一项具有挑战性的任务。

针对这一问题,中国科学院广州地球化学研究所博士生曾建强在王新明研究员和张艳利研究员指导下使用便携式光合作用系统(LI-6800)对同一种植园内的114棵尾叶桉(Eucalyptus urophylla)开展了原位测量,发现其主要排放的异戊二烯(isoprene)和β-罗勒烯(β-ocimene)这2BVOCs的排放因子差异超过一个数量级(图1),但排放因子及生理参数符合正态或对数正态分布特征,说明测得的平均排放因子具有统计代表性。研究进一步发现,排放因子和净光合速率(Pn)存在显著相关性(图2)。考虑到测量Pn仅需要2分钟而测量BVOCs排放需要10倍以上时间(>20分钟),研究人员因此提出先通过大样本测量确定代表性Pn均值,然后再选择代表性Pn均值附近的个体进一步开展BVOCs测量。针对这114棵尾叶桉测量结果的分析表明,针对测得的Pn平均值和其标准偏差SD,即使仅选Pn范围为“平均值±0.1×SD”的个体进行BVOC排放测量,采样量可减少至原来的10%左右(图3),但测得的BVOCs排放因子均值与总体均值十分接近且无显著差异。

本研究提出的考虑种内变异优化代表性BVOCs排放因子的原位测量方法,不仅确保了测量数据的代表性、准确性和可靠性,还提高了BVOCs排放因子的测量效率,为原位代表性BVOCs排放因子的准确测量提供了一种可操作性方案。

本研究受到国家自然科学基金委创新研究群体项目和优秀青年基金、国家重点研发计划项目、中国科学院青年创新促进会、广东省科技厅、广州市科技局等项目的联合资助。相关研究成果近期发表在Geophysical Research Letters期刊。

论文所有实验数据均是在中国科学院广州地球化学研究所公共技术服务中心有机地球化学分析平台完成测试。

论文信息:Zeng, J. (曾建强), Zhang, Y.* (张艳利), Pang, W. (庞伟华), Ran, H. (冉浩汎), Guo, H. (郭昊), Song, W. (宋伟), and Wang, X.* (王新明), 2024. Optimizing in-situ measurement of representative BVOC emission factors considering intraspecific variability. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL108870.

论文链接:https://doi.org/10.1029/ 2024GL108870


1. 114棵桉树BVOCs排放因子的个体种内差异:(a)和(b)分别为isopreneβ-ocimene排放因子变化情况;(c)和(d)异戊二烯排放因子和异戊二烯排放造成的碳损失的统计分布

2. 异戊二烯(a)和β-ocimeneb)排放与Pn的关联

3. 不同Pn筛选范围内个体的异戊二烯(a)和β-ocimeneb)平均排放因子


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