陸地植物排放的生物源揮發(fā)性有機物（BVOCs）約占全球VOCs排放總量的90%，對高反應活性BVOCs排放量的準確估算對探討生物圈-大氣圈相互作用及其空氣質量與氣候效應至關重要。然而，從全球到區(qū)域尺度，BVOCs排放量的估算仍存在較大的不確定性，BVOCs排放因子是造成其不確定性的重要因素。BVOCs排放因子的準確測量受到諸多因素影響，種內(nèi)變異性是一個重要因素。同一種植物不同個體的排放因子可能有數(shù)量級差異，絕大多數(shù)野外觀測對同一樹種個體樣本數(shù)不超過5個，因而難以獲得統(tǒng)計意義上具有代表性的排放因子，也導致不同研究報道的同一種植物BVOCs排放因子差異懸殊。因此，野外BVOCs 排放因子實測時，如何能解決種內(nèi)差異性而使測量結果具有代表性，同時又不會給野外測量帶來巨大的額外負擔，是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。

針對這一問題，中國科學院廣州地球化學研究所博士生曾建強在王新明研究員和張艷利研究員指導下使用便攜式光合作用系統(tǒng)（LI-6800）對同一種植園內(nèi)的114棵尾葉桉（Eucalyptus urophylla）開展了原位測量，發(fā)現(xiàn)其主要排放的異戊二烯（isoprene）和β-羅勒烯（β-ocimene）這2種BVOCs的排放因子差異超過一個數(shù)量級（圖1），但排放因子及生理參數(shù)符合正態(tài)或對數(shù)正態(tài)分布特征，說明測得的平均排放因子具有統(tǒng)計代表性。研究進一步發(fā)現(xiàn)，排放因子和凈光合速率（P_n）存在顯著相關性（圖2）。考慮到測量P_n僅需要2分鐘而測量BVOCs排放需要10倍以上時間（>20分鐘），研究人員因此提出先通過大樣本測量確定代表性P_n均值，然后再選擇代表性P_n均值附近的個體進一步開展BVOCs測量。針對這114棵尾葉桉測量結果的分析表明，針對測得的P_n平均值和其標準偏差SD，即使僅選P_n范圍為“平均值±0.1×SD”的個體進行BVOC排放測量，采樣量可減少至原來的10%左右（圖3），但測得的BVOCs排放因子均值與總體均值十分接近且無顯著差異。

本研究提出的考慮種內(nèi)變異優(yōu)化代表性BVOCs排放因子的原位測量方法，不僅確保了測量數(shù)據(jù)的代表性、準確性和可靠性，還提高了BVOCs排放因子的測量效率，為原位代表性BVOCs排放因子的準確測量提供了一種可操作性方案。

本研究受到國家自然科學基金委創(chuàng)新研究群體項目和優(yōu)秀青年基金、國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、廣東省科技廳、廣州市科技局等項目的聯(lián)合資助。相關研究成果近期發(fā)表在Geophysical Research Letters期刊。

論文所有實驗數(shù)據(jù)均是在中國科學院廣州地球化學研究所公共技術服務中心有機地球化學分析平臺完成測試。

論文信息：Zeng,J. (曾建強),Zhang,Y.* (張艷利),Pang,W. (龐偉華),Ran,H. (冉浩汎),Guo,H. (郭昊),Song,W. (宋偉),and Wang,X.* (王新明),2024. Optimizing in-situ measurement of representative BVOC emission factors considering intraspecific variability. Geophysical Research Letters,51,e2024GL108870.

論文鏈接：https://doi.org/10.1029/ 2024GL108870

圖1. 114棵桉樹BVOCs排放因子的個體種內(nèi)差異：（a）和（b）分別為isoprene和β-ocimene排放因子變化情況；（c）和（d）異戊二烯排放因子和異戊二烯排放造成的碳損失的統(tǒng)計分布

圖2. 異戊二烯（a）和β-ocimene（b）排放與P_n的關聯(lián)

圖3. 不同P_n篩選范圍內(nèi)個體的異戊二烯（a）和β-ocimene（b）平均排放因子