森林植物挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是植物在自然状态下释放出的一类低沸点、小分子量的次生代谢产物，主要包括萜类、脂肪酸衍生物、苯基等^{[1, 2]}。VOCs是植物自身产生的，用以抵御外界胁迫、适应环境的重要物质^{[3, 4]}，对植物自身和环境都具有重要作用。VOCs通常由植物的叶、花等部位释放，具有一定的浓香气味，在杀菌、消毒、提高人体免疫以及预防植物自身病虫害等方面功效明显^[5]。了解和掌握这些森林植物VOCs的释放规律和种类组成，对研究不同林分结构森林植物VOCs的特征和康养功能具有重要意义。

20世纪70年代前期，研究人员主要采用溶剂、水蒸气等方法提取植物VOCs。顶空、固相微萃取和超临界等技术的出现，开启了植物VOCs精准提取和分析的历程^[6]。如陈智明等^[7]利用动态顶空技术检测3种棕榈科(Palmae)植物的VOCs，发现其可分为7大类物质，其中萜类、醇类是主要成分。韦赛君^[8]采用动态顶空技术对3种植物VOCs进行检测，发现黑壳楠(Lindera megaphylla)和马尾松(Pinus massoniana)释放的VOCs以萜烯类为主，金钱松(Pseudolarix amabilis)以萜烯类和酯类为主；3种林木释放的多种VOCs对空气微生物有抑制作用，可以净化空气，这为森林康养的建设提供了科学依据。宋志宇等^[9]总结发现森林中的植物通过次生代谢挥发的物质超过30 000种，其中萜烯类化合物占比很大，植物VOCs在杀菌、净化空气、提高人体免疫和稳定心理情绪等方面具有重要作用。不同林分的树种结构差异很大，本研究对马尾松、杉木(Cunninghamia lanceolata)纯林及其混交林的VOCs进行研究，采用顶空法提取其VOCs，利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)技术分析各物质出峰的时间规律，掌握纯林和混交林中各树种VOCs的释放速率，并对鉴定出的VOCs种类进行大类分析，探讨各树种含有物质类型的作用及其与森林康养的关系，为下一步开展林间动态检测提供基础数据。

1 材料与方法 1.1 树种和样地概况

供试林分树种结构分为4类。(1)马尾松纯林；(2)杉木纯林；(3)马尾松混交林：马尾松、格木(Erythrophleum fordii)、红锥(Castanopsis hystrix)、大叶栎(Quercus griffithii)、黄毛榕(Ficus esquiroliana)、香梓楠(Michelia hedyosperma)；(4)杉木混交林：杉木、格木、红锥、灰木莲(Manglietia glauca)、大叶栎。

上述试验树种均位于广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心伏波实验场1林班，林地位于22°10′ N，106°50′ E，处于南亚热带季风气候区的西南部，样地年平均气温20.5 ℃以上，相对湿度80%-85%，主要地貌为丘陵和低山等。上述4种试验林为1993年种植，初始密度2 500株/hm²，经过几次抚育后密度维持在1 200株/hm²。2007年开始近自然经营，保留部分马尾松纯林和杉木纯林作为对照，处理组的马尾松纯林和杉木纯林进行强度间伐，保留密度为450株/hm²，2008年初开始在处理组补种除马尾松和杉木外的其他树种，补种密度为750株/hm²。

1.2 方法 1.2.1 样品采集

2022年4月采集上述4类林分中各树种的叶片，具体操作如下：选择健康植株树冠下部枝条，用枝剪剪下，每根带叶片的枝条长度在20 cm以上，每个树种采集成熟叶20片(或针)以上，叶片完整无缺损。为保持叶片新鲜，采集后立即装入大密封袋内带回实验室分析。

1.2.2 样品处理

采用顶空法提取植物的VOCs^[10]：将样品用蒸馏水冲洗并快速晾干，剪成长度1 cm左右的样品，后用电子天平称取1.0 g植物样品，放入顶空瓶密封，加热平衡后抽取上层气体进样分析。顶空条件：平衡温度60 ℃，平衡时间30 min，进样体积1 mL，振荡器振荡速率250 r/min。

1.2.3 样品检测

采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS，仪器型号GCMS-TQ8050 NX)对马尾松纯林、马尾松混交林、杉木纯林和杉木混交林叶片的VOCs成分进行鉴定。GC-MS检测由广西壮族自治区分析测试中心完成，参考常明山等^[11]和吴耀军等^[12]的检测方法。

气相色谱条件：色谱柱InertCap 5MS (30 m×0.5 mm×0.5 μm，美国安捷伦科技公司)，载气氦气，流速2 mL/min。升温程序：起始温度50 ℃，保持2 min；以5 ℃/min升温至250 ℃；以10 ℃/min升温至300 ℃，保持10 min。进样量1 μL，进样口温度250 ℃，定量方法为面积归一法。

质谱条件：采用EI电离源(Electron impact ion source)，电离能量为70 eV，离子源温度为230 ℃，接口温度为280 ℃，电压70 eV，质谱离子扫描范围为30-650 m/z，扫描方式为全扫描。通过GC-MS分析得到化合物的质谱图，将离子流图采用NIST11标准谱库进行匹配分析，保留匹配度85%以上的物质，结合树种特性鉴定VOCs种类，各种化合物的相对含量采用峰面积归一化法计算。

1.3 数据分析

采用Excel对数据进行分析并制作图表。

2 结果与分析 2.1 VOCs出峰数量和时间规律 2.1.1 马尾松纯林及其混交林

马尾松纯林及其混交林中的马尾松、格木、红锥、大叶栎、黄毛榕等树种中80%以上的VOCs在前15 min被检测出来，其中格木、红锥和大叶栎的VOCs在前15 min的检出率为100%；马尾松混交林中香梓楠的VOCs在前15 min的检出率为73%，较纯林低(表 1、图 1和图 2)。说明格木、红锥和大叶栎3个树种含有的VOCs较其他树种的VOCs更容易释放出来，而香梓楠含有一些较本次检测到的其他树种释放速度慢的VOCs。通过质谱库对比发现，格木、红锥和大叶栎3个树种含有的挥发速度较快的物质主要有乙醇、2-蒎烯和左旋-beta-蒎烯等，而香梓楠含有的挥发速度慢的有机物多为长链的烯烃类物质，如长叶烯和石竹烯。

2.1.2 杉木纯林及其混交林

杉木纯林及其混交林中的杉木、格木、红锥和大叶栎等树种中80%以上的VOCs在前15 min被检测出来，其中格木、红锥和大叶栎的VOCs在前15 min的检出率为100%；杉木混交林中灰木莲的VOCs在前15 min的检出率为76%，较纯林低(表 2、图 3和图 4)。说明格木、红锥和大叶栎3个树种含有的VOCs较其他树种更容易释放出来，而灰木莲含有一些较本次检测的其他树种释放速度慢的VOCs。通过质谱库对比发现格木、红锥和大叶栎3个树种含有的挥发性较快的物质主要有乙醇、2-蒎烯和左旋-beta-蒎烯等，而灰木莲含有的挥发速度慢的有机物多为长链的烯烃类物质，如石竹烯。

2.2 VOCs大类分析

从马尾松纯林及其混交林中鉴定出的VOCs可以归为萜、醇、醛、酮、酯、脂肪胺、环氧和酸等8大类。其中，马尾松纯林中含有萜类化合物15种，马尾松混交林中的马尾松含有萜类化合物11种，这两种林分中马尾松萜类化合物的数量均较其他树种该类物质和其他大类物质的数量多；萜、醇和酮类物质在马尾松纯林和混交林均有，醛类除了黄毛榕外其他树种也均有，环氧和酸类除了大叶栎和香梓楠外其他树种均无(表 3)。

从杉木纯林及其混交林中鉴定出的VOCs可以归为萜、醇、醛、酮、酯、脂肪胺、环氧、酸、硫醚和苯等10大类。其中，杉木纯林中含有萜类化合物14种，杉木混交林中的灰木莲含有萜类化合物10种，两者萜类化合物的数量均较其他树种该类物质和其他大类物质的数量多；萜、醇和醛类物质在杉木纯林及其混交林均有，酮类除了灰木莲外其他树种均有，酯类除了格木外其他树种均无，硫醚除了大叶栎外其他树种均无。各类林分VOCs分类情况详见表 3。

从表 3还可以看出，纯林VOCs种类的数量较混交林少，如马尾松纯林的萜类物质有15种，杉木有14种，而马尾松混交林的萜类物质有50种，杉木的有25种。其他大类，如醇、醛、酮、酯和脂肪胺等物质的种类也是纯林较混交林少。

3 讨论

植物VOCs种类众多，已报道的与森林康养有关的VOCs主要有8大类：萜、醇、酚、酮、醛、酯、氧化物、醚。其中萜类和醇类具有杀菌消毒、抗感染的作用；酚类和酮类物质具有镇痛、促消化、提高免疫力的作用，但浓度高时有刺激作用；醛类有香气，且具有抗感染的作用；酯类具有抗感染、消炎作用；氧化物具有祛痰、止咳作用；醚类具有镇静作用^{[13, 14]}。赖略等^[15]研究的马尾松松针含有VOCs 22种，其中以萜类化合物最多，其次为醇类；谢俊康等^[16]研究的马尾松幼苗含有VOCs 22种，其中最多的也是萜类化合物(18种)，其次为醇类和酯类。

目前，植物VOCs成分检测使用的是GC-MS技术，一般设置起始温度为40-65 ℃，总检测时间控制在30-60 min^{[10, 17, 18]}。本次检测植物VOCs同样采用上述程序，但升温条件略有调整，同时增加了顶空加热。结果表明，本研究中各树种检测出的VOCs归属的大类主要有4-8种，未检测出酚类物质，其中与森林康养有关的VOCs有7种。萜类和醇类在全部检测树种中都有发现，以马尾松、香梓楠两个树种含有的萜类物质数量较多，说明这两个树种可能含有较多具有杀菌消毒和抗感染作用的VOCs。酮类物质除了灰木莲外，其他树种均含有，说明这些树种的VOCs在镇痛、促消化和提高免疫力等方面具有一定的作用。马尾松、格木、红锥、大叶栎、黄毛榕、杉木等树种含有脂肪胺。脂肪胺类化合物可以作为化学、医药和新能源材料，或者添加剂等使用，刺激性很小^[19]。杉木和灰木莲含有苯类物质，但是混交林的杉木中未检测出苯，这可能与树种内含有的物质含量以及检测过程有关。苯类物质有芳香气味，且具有神经毒性^[20]。另外，混交林VOCs种类数量之和远远超过纯林VOCs种类数量，说明混交林在森林康养方面发挥的功能性作用可能比纯林更加明显。

本研究采用GC-MS技术对各树种中VOCs的种类和数量进行研究，而不同树种和林分结构的VOCs在林间的实际存量、动态变化规律及其对人体产生的作用评价有待进一步研究。