曾建强、张艳利等-JGRA:原位控制实验解耦光温对萜烯排放影响

  

 准确估算陆地植物排放的高活性萜烯化合物(单萜烯和倍半萜烯)排放量是探讨其空气质量和气候效应的重要前提。温度和光照是影响萜烯排放最重要的两个环境因子,明确萜烯排放的光、温响应机制对准确估算至关重要。自然条件下,温度和光照的变化具有协同性,这可能导致前期基于动态箱及冠层通量法等非控制实验结果不能解析光温响应机制。

 针对这一问题,中国科学院广州地球化学研究所王新明研究组博士后曾建强与张艳利研究员合作,针对亚热带典型优势树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla),开展了叶片尺度的原位控制实验,通过光照或温度单一变量的梯度控制实验,区分和量化了主要单萜烯排放的光、温响应。同时,结合枝条尺度真实排放的动态箱测量,定性探究了次要单萜烯和倍半萜烯的排放机制。实验结果表明:(1)排放的主要单萜烯中,β-罗勒烯(β‐ocimenes)与异戊二烯一样,其排放完全依赖于光(光依赖因子LDF=1;图1),而α-蒎烯(α‐pinene)和1,8-桉叶油醇(1,8‐cineole)排放则不受光照影响(LDF=0;图2);(2)尽管β-罗勒烯与α-蒎烯和1,8-桉叶油醇的光依赖性截然相反,但它们温度敏感性β值(分别为0.095、0.071和0.102 K-1)却十分接近,并和模型默认值0.1 K-1接近(图3),而前期热带地区基于非控制实验获得的β值(0.2 K-1)显著高于本研究结果,可能是未区分光照影响导致温度敏感性存在高估。(3)基于动态箱的排放测量显示(图4),所有与β-罗勒烯结构类似的链状单萜烯及α‐水芹烯(α‐phellandrene)的排放完全受光照影响(LDF=1),其它环状单萜烯及倍半萜烯α‐长叶蒎烯(α‐longipinene)的排放不依赖于光(LDF=0),而其它倍半萜烯则表现为部分光依赖(0<LDF<1)。

 这些研究结果表明,在进行排放模型模拟时,β-罗勒烯等链状单萜烯可以使用和异戊二烯一样的光温依赖算法;主要环状单萜烯需要使用指数温度依赖算法,但β值存在差异;而对于多数倍半萜烯则需要使用混合模型。

 本研究受到国家自然科学基金委创新研究群体项目、国家重点研发计划项目、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Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊。

 论文信息:Zeng, J. (曾建强), Zhang, Y.* (张艳利), Pang, W. (庞伟华), Ran, H. (冉浩汎), Mu, Z. (牟兆斌), Guo, H. (郭昊), Lu, Y. (鲁钰婷), Song, W. (宋伟), and Wang, X. (王新明), 2025. Decoupling Temperature and Light Effects on Terpene Emissions From Subtropical Eucalyptus: Insights From Controlled Field Experiments. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 130, e2024JD042616. https://doi.org/10.1029/2024JD042616

图1. β-罗勒烯(β‐ocimenes)的光温响应曲线

图2. α-蒎烯和1,8-桉叶油醇的光响应曲线

图3. 单萜烯温度敏感性(β)对比

图4. 聚类分析确定不同萜烯的排放机制;de novo为排放全光依赖,pool为排放不依赖光


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