冷温带栎树林挥发性有机物排放昼夜模式的周期性变化

植物释放大量生物源挥发性有机化合物（VOCs），这些化合物将植物生理活动与生态相互作用及大气化学联系起来。然而，调控森林空气内部以及冠层正上方界面处VOC排放的过程仍缺乏充分表征。 在本研究中，我们采用高时间分辨率和高质量分辨率的质子转移反应飞行时间质谱（PTR-ToF-MS），并结合正矩阵因子分解（PMF），研究了以水楢（Quercus crispula）为优势种的冷温带落叶林中的森林尺度VOC动态。该非靶向、过程导向的研究框架应用于2024年和2025年无降雨夏季白天的林内空气和冠层顶部大气，以提取VOC排放的主导模态。PMF稳定解析出两种重复出现的模态，其特征分别表现为白天和夜间增强的变化模式。白天模态以异戊二烯及其氧化产物为主，并表现出显著的温度依赖性；而夜间模态则富含单萜和倍半萜。白天贡献表现出明显的上午—下午不对称性，表明存在非线性的生理调控和冠层尺度控制。这些模式在不同年份间均具有可重复性。 本研究表明，将PTR-ToF-MS与PMF相结合，能够稳健地自上而下识别森林冠层内部及其上方森林VOC变异的重复出现模态，从而建立叶片尺度生理过程与生态系统尺度大气交换之间的联系。

植物释放大量生物源挥发性有机化合物（VOCs），这些化合物将植物生理活动与生态相互作用及大气化学联系起来。然而，在森林空气内部以及林冠正上方界面处调控VOC排放的过程仍缺乏充分表征。在本研究中，我们利用高时间分辨率和高质量分辨率的质子转移反应飞行时间质谱（PTR-ToF-MS），并结合正矩阵因子分解（PMF），研究了以水楢（Quercus crispula）为优势种的冷温带落叶林中的森林尺度VOC动态。该非靶向、过程导向的研究框架应用于2024年和2025年无降雨夏季白天的林内与林冠顶部大气，以提取VOC排放的主导模式。PMF稳定地解析出两种反复出现的模式，其特征分别为白天和夜间增强型变化格局。白天模式以异戊二烯及其氧化产物为主，并表现出显著的温度依赖性，而夜间模式则富集单萜和倍半萜。白天贡献表现出明显的上午—下午不对称性，表明其受到非线性生理过程和林冠尺度控制机制的影响。这些模式在不同年份间具有可重复性。本研究表明，将PTR-ToF-MS与PMF相结合，能够在森林林冠内部及其上方稳健地、自上而下地识别森林VOC变异的重复出现模式，从而将叶片尺度生理过程与生态系统尺度的大气交换联系起来。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.20.739470v1?rss=1

🏷️ 挥发性有机物 森林冠层 昼夜变化 PTR-ToF-MS 正矩阵因子分解 栎树林