Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4062
Miebach, Marco
Aufnahme flüchtiger organischer Verbindungen durch Pflanzen
VII, 56 S., 2003
Flüchtige organische Verbindungen (VOC) spielen eine wichtige Rolle für die Chemie der
Atmosphäre. Sie beeinflussen die Radikalbilanz und die photochemische Ozonproduktion
in der Troposphäre.
Die Emission von VOC durch Pflanzen ist bekannt. Im Rahmen dieser Arbeit soll
untersucht werden, ob Pflanzen auch als Senke für VOC dienen können. Dazu wurden
Sonnenblumen (Helianthus annuus L.) in Expositionskammern mit unterschiedlichen VOC
exponiert, deren Konzentrationen am Kammerein- und ausgang gemessen wurden. Durch
Differenzbildung zwischen den Konzentrationen am Kammereingang und Ausgang können
Konzentrationsänderungen festgestellt werden. Weitere Messungen dienten der
Quantifizierung der Konzentrationsunterschiede, sowie der Untersuchung der
Aufnahmemechanismen.
In den Experimenten konnte für die Verbindungen Acetaldehyd, Aceton, Ethanol,
Isopren, Limonen und Methanol keine Aufnahme festgestellt werden. Diese Verbindungen
werden durch Sonnenblumen nur emittiert. Für (E)-3-Hexenol, Hexanal, Octanal und
Nopinon wurden Konzentrationsänderungen in der Kammer beobachtet. Da
Gasphasenreaktionen oder Querempfindlichkeiten der Analysegeräte diese Verluste nicht erklären
konnten, musste es sich um eine Aufnahme der Verbindungen durch Sonnenblumen
handeln. Mechanismenstudien ergaben, dass die Aufnahme nicht über die Kutikula sondern
über die Stomata erfolgt. Ein einfaches Lösen der Substanz im Wasser der Atemhöhle
konnte die Aufnahmeraten nicht erklären. Sonnenblumen sind also in der Lage, einige
flüchtige organische Verbindungen über die Spaltöffnungen aufzunehmen und zu
metabolisieren. Für (E)-3-Hexenol, Hexanal und Octanal ist die Aufnahme durch die stomatäre
Öffnungsweite limittiert. Die Aufnahme von Nopinon zeigte eine Abhängigkeit von der
stomatären Öffnungsweite, sie ist aber nicht stomatär limitiert, sondern noch durch einen
weiteren Widerstand (Mesophyll-Widerstand) begrenzt. Die Messungen ergaben, dass
Sonnenblumen bei einem Mischungsverhältnis von 30 ppb in der Lage sind bis zu vier
Gramm Hexanal pro m2 Blattfläche und Tag (12 h) aufzunehmen.
Because volatile organic compounds (VQC) influence the radical balance and the
photochemical ozone production in troposphere they play an important role for atmospheric
chemistry. Thus, for atmospheric chemistry it is important to know the strength of VQC
sources and VQC sinks.
VQC emission from plants is well known. However, it is unclear whether or not plants
can act as sinks for VQC. This was investigated in the present study. Sunflower
(Helianthus annuus L.) was exposed to different VQC in laboratory experiments under well
defined conditions. For individual VQC the concentrations were quantified using gas
chromatography-mass spectrometry. A possible uptake by the plants was determined from
the concentration differences between chamber inlet and outlet. In cases where a
significant uptake by the plants was observed the flux densities were determined using the
leaf area as a normalization factor. By variations of light intensity stomatal aperture was
changed allowing to determine the passway of the individual VQC into the plant. For the
compounds acetaldehyde, acetone, ethanol, isoprene, limonene und methanol no uptake
by sunflower was observed. These substallces were only emitted even if the plants were
exposed to VQC concentrations above 50 ppb. For (E)-3-hexenol, hexanal, octanal and
nopinone significant concentration differences between chamber inlet and outlet were found.
It was ruled out that these losses were due to reactions in the gas phase or interferences
at the walls of the analytic equipment. The data showed no significant deposition onto
the plant's cuticula but good relations between stomatal aperture and loss of the VQC.
These relations showed a limitation of the uptake by diffusion through the stomata for
(E)-3-hexenol, hexanal, and octanal. For nopinone an internal resistance for the uptake
was found. Furthermore, calculations showed that a solution of the compounds in the
apoplasic water could not explain the uptake rates implying a metabolization of (E)-3-
hexenol, hexanal, and octanal. Using the measured data it was shown that sunflowers are
able to uptake up to 4 g hexanal per m2 and day (12h) at an atmospheric mixing ration
of 30 ppb. Dependent on the meteorological conditions and dependent on the individual
VQC the loss by dry deposition onto plants can contribute to more than 20 % of the total
loss from the atmosphere. In such cases dry deposition of VQC on plant surfaces cannot
be neglected as a sink.
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