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挥发性有机污染物(Volatile Organic Compounds,VOCs)对大气化学反应具有重要贡献,是近地面大气臭氧和二次有机气溶胶的重要前体物,也是破坏臭氧层、影响全球辐射平衡和气候变化的重要因素。陆地植物是大气VOCs最主要的来源,已有大量报道。相对活体植物,有关植物残体特别是作物秸秆分解过程中VOCs排放通量和排放规律研究欠缺。 本研究以安徽省芜湖市的农田土壤和小麦秸秆为对象展开了秸秆还田的模拟实验,研究分析了在淹水和非淹水条件下秸秆还田过程中VOCs的组成特征、排放通量、排放规律以及影响因素。研究结果可为完善全球VOCs排放清单和估算秸秆还田对全球VOCs收支贡献提供基础数据,在认识VOCs生物地球化学循环方面也有一定理论意义。得到主要结论如下: 1、秸秆还田过程中释放出来的VOCs主要包括非甲烷碳氢化合物、含硫化合物和含氧化合物(醇、酮、醛和酯)三类物质。在非淹水和淹水条件下秸秆还田56天VOCs累积排放量分别为7.15mg kg-1和7.24mg kg-1,其中含氧化合物的排放量占绝对优势,累积排放量分别为6.69mg kg-1和6.98mg kg-1,占对应两个水分条件下VOCs总排放量的93%和95%。 2、秸秆还田过程中释放的非甲烷碳氢化合物(NMHCs)包括了五种烷烃和五种烯烃,烯烃是主要组分,在非淹水和淹水条件下分别占总NMHCs排放量的70%和62%。其中,乙烯是最主要的化合物,在非淹水和淹水条件下秸秆还田56天累积排放量分别为84.2μgkg-1和70.7μg kg-1,占NMHCs总排放量的24.2%和33.5%。10种NMHCs的排放速率随还田时间变化而变化,分别在0-24天和24-56天时间段内会出现1-2个峰值。不添加秸秆的对照组释放的NMHCs中,烷烃是主要化合物,说明秸秆还田能够增加烯烃的释放量并且改变NMHCs的组成比例。 3、秸秆还田过程中释放的含硫化合物(VSCs)包括了四种物质:二甲基硫醚(DMS)、二甲基二硫醚(DMDS)、二甲基三硫醚(DMTS)和二硫化碳(CS2)。其中,DMS是最主要的化合物,在非淹水和淹水条件下秸秆还田56天累积排放量分别为93.8μgkg-1和58.2μg kg-1,占总含硫化合物排放量的68.3%和52.7%。四种含硫化合物基本在前30天释出来,并在10天左右达到峰值。 4、秸秆还田过程中释放的含氧化合物(OVOCs)包括了醇类、醛类、酮类、酯类和呋喃类物质,一共34种。其中酮类排放最多,在非淹水和淹水条件下降解56天累计排放量分别为5.54 mg kg-1和4.82 mg kg-1,分别占对应条件下OVOCs总排放量的82.7%和69.1%。在非淹水条件下,大部分的含氧化合物基本在前30天释放出来,在淹水条件下会在20-30天范围内出现峰值。 5、秸秆还田过程中,水分含量对VOCs的释放量有重要影响,整体上来说淹水条件下总VOCs的排放量基本大于非淹水条件下的排放;同时VOCs的排放通量与微生物指标呈现不同程度的相关性,表明释放受到微生物活动的影响;与元素的相关性表明VOCs释放与底物的理化性质也有一定联系,也间接反应了与微生物活动的关系。 6、据初步估算,秸秆还田过程大部分 VOCs的排放量远低于全球人为源和自然源排放量数据,说明秸秆还田对这些VOCs全球排放贡献较小;但是,部分VOCs如DMS和丙酮则与其生物质燃烧和植物残体来源排放相当,说明秸秆还田释放对全球DMS和丙酮排放有一定的贡献。