東北地理所在生物源揮發性有機物排放及其對空氣質量影響研究取得系列進展
近年來，隨著我國PM2.5污染防治取得階段性成效，臭氧污染問題逐漸凸顯，成為影響夏季空氣質量和公眾健康的主要污染因子。臭氧作為一種典型的二次污染物，主要由氮氧化物（NOx）和揮發性有機化合物（VOCs）在強光照條件下發生光化學反應生成。在VOCs中，生物源揮發性有機化合物（BVOCs）由于其排放活躍、反應性強，近年來受到越來越多關注。國際上，美國、歐洲等地區通過強化人為VOCs（AVOCs）和NOx的控制，在一定程度上遏制了臭氧污染趨勢。然而，隨著城市綠化和生態恢復進程加快，BVOCs排放呈上升態勢，逐漸成為影響臭氧生成的重要因子。在中國，盡管在人為源減排方面取得顯著進展，臭氧濃度卻仍持續上升，呈現“PM下降、O?上升”的趨勢，反映出BVOCs在臭氧污染中的潛在貢獻仍被低估。當前，國內外關于BVOCs的研究多集中在單一脅迫因素下的排放變化，如高溫、干旱或臭氧暴露，尚缺乏對多種非生物脅迫因子復合作用機制的系統性分析。同時，BVOCs如何影響臭氧和二次有機氣溶膠（SOA）生成的過程性理解仍不完善，限制了其在污染源解析和管控策略中的有效納入。
中國科學院東北地理與農業生態研究所區域大氣環境學科組研究人員，基于WRF-CMAQ-MEGAN模型系統，對2019年夏季中國區域多種非生物環境脅迫因素（干旱、高溫、臭氧、CO?濃度、風速、葉面積指數）對BVOCs排放的影響進行了綜合模擬分析。研究結果顯示，干旱和臭氧是影響BVOCs排放的主導因素：干旱通過引發植物氣孔關閉顯著抑制排放，而臭氧則可激發植物防御反應在一定條件下增強BVOCs釋放。在多種脅迫因素共同作用下，BVOCs排放在中東部地區最高可下降25%。此外，研究還發現，盡管BVOCs排放總量僅為人源VOCs的38.4%，其對夏季臭氧濃度的月均貢獻率達到11%–19%，在部分生態植被密集區甚至超過交通與工業源，凸顯其不可忽視的影響力。更重要的是，BVOCs顯著調控臭氧生成機制的前體物限制類型：白天部分區域由VOC限制型轉變為NOx限制型，夜間則相反，提示區域臭氧治理策略應結合時間變化特征進行精細化調整。該研究不僅豐富了對BVOCs排放響應機制和環境反饋效應的科學認識，也為我國未來在臭氧與SOA污染協同控制、構建更具科學性和前瞻性的大氣污染治理體系提供了關鍵支撐。
圖1 中國不同地區BVOC排放對臭氧生成機制轉變的影響
圖2 干旱、臭氧、溫度、二氧化碳及葉面積指數對中國地區異戊二烯、單萜、倍半萜及其他BVOC排放的影響
該項研究成果已發表于國際權威期刊Agricultural and Forest Meteorology、Journal of Environmental Management和ACS ES&T Air。中國科學院東北地理與農業生態研究所區域大氣環境學科組高超博士為第一作者，張學磊副研究員為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金項目、吉林省自然科學基金項目、國家重點研發項目和中國科學院人才計劃項目共同資助。
論文信息如下：
Gao C, Zhang X, Yang H, et al. Quantifying the impacts of environmental stress factors on biogenic volatile organic compound emissions in China [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2025, 366: 110480, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2025.110480.
Gao C, Zhang X, Lun X, et al. BVOCs' role in dynamic shifts of summer ozone formation regimes across China and policy implications[J]. Journal of Environmental Management, 2025, 376: 124150, https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124150.
Gao C, Zhang X, Huang L, et al. Model Intercomparisons of MEGAN and BEIS: Synergistic Impacts of Biogenic VOCs and Soil NO Emissions on Summer Ozone and Secondary Organic Aerosol Formation in China[J]. ACS ES&T Air, 2025, https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsestair.5c00038.
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