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随着中国经济的快速增长和城市化进程的不断加速,中国大气污染呈现复合型污染特征,不仅一次污染物的浓度很高而且二次污染物如臭氧和细粒子的浓度也很高,导致部分城市出现光化学烟雾和灰霾现象’。挥发性有机物(VOC)作为其前体物,排放量大,且活性较高,大气03对VOCs非常敏感,因此,VOCs的排放状况是研究二次污染物和大气环境模拟的重要组成部分,对于解决光化学烟雾等问题将起到极其重要的作用。而天然源VOC(BVOC)作为大气VOC的重要来源,对它的深入研究非常必要。
本文在系统总结国内外天然源VOC排放研究的基础上,以中国开展的林业资源普查和中国1:1000000植被分布图资料为基础,结合国内外已有的相关观测结果,应用光温控制模型,以具体物种为研究对象,通过由蓄积量、产量换算叶生物量的方法模拟研究中国各植物的VOC排放特征,分别建立中国森林、灌丛、草地和农作物的VOC排放清单,并探讨了天然源VOC在不同时空、不同植被类型和不同龄级森林中的分配规律,进而建立了高分辨率和更为准确的1981、1988、1993、1998和2003年中国天然源VOC排放清单。结果表明:
(1)从1981年到2003年,中国天然源VOC排放总量呈明显的增加趋势。各时期的排放量依次为8.87Tg、9.22Tg、9.85Tg、10.70Tg和12.72Tg,平均年增长率1.65％。异戊二烯、单萜烯和其它VOC分别占中国天然源VOC排放总量的56%、19%和25%(各时期平均值)。
(2)中国天然源VOC排放主要集中在南方和东北地区。南部地区和东北林区BVOC排放量最高可达到3000kgC·km-2以上;西北多数地区排放量则在100kgC·km-2以下。云南省的BVOC排放对全国总量的贡献率最高。广西、广东、西藏等省区的BVOC排放量也较高。20年间,内蒙古、辽宁、吉林等多个省区BVOC排放总量都呈现出比较明显的增长趋势。其中,西藏等省区的增长非常迅速。
(3)中国天然源VOC排放呈现显著的季节变化,夏季排放量最大,6～8月的BVOC排放量占全年总量的57%,其中7月的排放量最大;而冬季,尤其是1月的BVOC排放量最低。7月东北林区与南方部分地区的BVOC排放量最大,超过500kgC·km-2;而1月全国多数地区月排放量低于5kgC·km-2。
(4)不同植物的VOC排放量差异较大。森林植被是BVOC的最主要排放源,排放量从1981年的4.65Tg逐渐增长至2003年的7.96Tg;其次为灌丛,草地和农作物的排放量较低。栎类、亚热带阔叶灌丛、热性草丛和稻分别是森林、灌丛、草地和农作物植被中排放量最高的。异戊二烯排放量最高的是森林、灌丛两类植被;单萜烯和其他VOC的来源则更为广泛。
(5)不同植物VOC排放的季节分配均为夏季高冬季低,但也有一定的差异。森林VOC排放的季节差异较小,森林各树种中,以2003年为例,落叶松、杨树、桦木等落叶树的VOC排放以夏季为主,占全年的70%以上,而杉木、马尾松、云杉等常绿树的VOC排放也以夏季最为活跃,占全年的30%～50%,春、秋、冬三季VOC排放占全年的比例则高于落叶树。
(6)中国森林不同龄级林分对VOC排放的贡献有所不同。1981～2003年中龄林的排放贡献最大,五个时期中分别占森林排放总量的47%、38%、38%、36%和34%。中龄林VOC排放贡献率呈现逐步下降的趋势,近熟林则相反,呈现逐步上升的趋势。就各具体树种来看,除铁杉、冷杉、高山松、云杉等个别树木具有较高的成熟林和过熟林排放外,其余树种的排放主要来源于幼龄、中龄和近熟林排放。
(7)中国天然源VOC排放总量与人为源VOC排放量相比,1981年天然源VOC排放量较高,而20年间天然源VOC的增速远低于人为源,2003年天然源VOC排放量低于人为源。