Els compostos orgànics volàtils (COVs) presents a l'atmosfera poden tenir fonts naturals o
antròpiques. Els COVs estan implicats en reaccions químiques que afecten la química
atmosfèrica i poden tenir impactes indirectes sobre el clima a través de la generació d'aerosols i
compostos oxidants. Globalment, la vegetació és la font principal de COVs naturals, mentre que
els COVs antropogènics són la majoria de vegades producte d'emissions industrials i de motors
de vehicles. D'entre els COVs biogènics, els isoprenoids són els més coneguts i estudiats.
La nostra recerca es va centrar en el grup de COVs de cadena curta oxigenats (oxCOVs), un
grup poc conegut format per metanol, etanol, formaldehid, acetaldehid, acids fòrmic i acètic, i
acetona. Els oxCOVs poden ser emesos directament tant per les plantes com per les activitats
humanes, i també es poden formar per la degradació atmosfèrica d'altres COVs de major massa
molecular. Entre d'altres raons, han estat menys estudiats degut a problemes analítics, que s'han
resolt en part recentment amb l'aparició de noves tecnologies, especialment l'espectrometria de
masses per transferència de protons. Els oxCOVs tenen diverses propietats que els diferencien
d'altres COVs com els isoprenoids. Els oxCOVs són més solubles en aigua i això fa la seva
emissió en plantes depenent dels estomes. També tenen una vida atmosfèrica relativament llarga
i presenten concentracions considerables a l'atmosfera en el nivell de ppbv (1 part en 109 en
volum).
Les emissions d'oxCOVs en plantes mediterrànies són molt poc conegudes, per això vam
estudiar-ne l'intercanvi en els arbres típicament mediterranis Quercus ilex i Pinus halepensis. Es
va confirmar el control estomàtic i de la concentració atmosfèrica del seu intercanvi. Per
exemple, es va observar un punt de compensació de 20 ppbv pel formaldehid en les dues
espècies d'arbre, mentre que per l'acetaldehid va ser de 6 ppbv en P. halepensis. Un tractament
de sequera i posterior reg va mostrar que la sequera afecta l'intercanvi d'oxCOVs perquè afecta
la conductància estomàtica. A més, es va confirmar que Q. ilex emet isoprè, encara que amb
taxes petites, i que l'emissió d'isoprenoids en Q. ilex va disminuir per la sequera.
Els COVs poden tenir també un paper ecològic molt important: participar en les
comunicacions entre organismes. En interaccions planta-planta la nostra hipòtesi era que el
metanol podia jugar un paper senyalitzador, ja que el metanol s'emet en grans quantitats des de
les fulles quan són atacades per un herbívor. Un experiment de fumigació amb metanol va
mostrar que les respostes de Q. ilex al metanol arribat per l'aire eren similars a les respostes a
l'herbivoria i també que l'emissió de monoterpens es va incrementar lleugerament. En la
comunicació entre animals, vam identificar alguns components volàtils emesos pels capolls i els
excrements d'una espècie d'abella solitària (Osmia cornuta), essent-ne l'àcid acètic un dels més
abundants. Llavors vam provar l'atracció exercida per l'àcid acètic sobre femelles de Monodontomerus aeneus, una vespa parasitoide d'O. cornuta, que busquen capolls per
ovipositar-hi. Encara que l'àcid acètic sol atreia M. aeneus, probablement un senyal volàtil
complex intervé en el procés d'atracció, ja que la ràtio àcid acètic-acetaldehid característica dels
excrements va resultar més atractiva que altres ràtios.
L'objectiu final de la tesi va ser observar quin impacte tenen les emissions de COVs en
l'atmosfera mediterrània, ja sigui pel nivell de concentració que atanyen els COVs a l'aire com
també per la seva participació en la formació de compostos com l'ozó. Per això vam mesurar
(hivern i estiu) les concentracions d'oxCOVs, isoprenoids i COVs aromàtics en una zona
boscosa situada dins del parc natural del Montseny, a uns 60 km al NE de la ciutat de
Barcelona. Mentre que els COVs aromàtics no varen presentar gairebé cap variació estacional,
les concentracions dels oxCOVs van assolir nivells més alts a l'estiu degut a les majors
emissions de la vegetació i a l'increment de les reaccions fotoquímiques resultants de les altes
temperatures i radiació solar de l'estiu. Els COVs isoprenoids van mostrar el canvi entre
estacions més gran: les concentracions van augmentar un ordre de magnitud a l'estiu, degut a
l'increment de l'activitat fisiològica de la vegetació i de les seves taxes d'emissió. També les
concentracions diürnes màximes d'ozó van augmentar a l'estiu, per la major activitat
fotoquímica i la presència de més COVs a l'aire. La variació diària de concentracions de COVs
seguia bàsicament el règim de vent de la muntanya. La brisa marina que es desenvolupa quan
surt el sol transporta cap a la muntanya masses d'aire que prèviament han passat sobre la regió
metropolitana de Barcelona, on han estat enriquides en NO2 i en COVs d'origen biòtic i abiòtic.
A més, aquestes masses d'aire contaminades poden reaccionar amb els COVs biogènics emesos
de forma local per la vegetació, tot afavorint la formació d'O3 en aquesta zona boscosa. L'únic
tipus de COV que presentava un cicle diari diferent dels demés van ser els monoterpens, perquè
tenien un origen biogènic local. L'isoprè també compartia parcialment el cicle diari dels
monoterpens, però només a l'estiu quan les seves fonts biòtiques eren més fortes. / Volatile organic compounds (VOCs) present in the atmosphere can have natural or anthropic
sources. VOCs are involved in atmospheric chemistry reactions that can have indirect climatic
impacts through the generation of aerosols and oxidant compounds. Globally, vegetation is the
main source of natural VOC emission, while anthropogenic VOCs are in most cases product of
vehicle exhaust and industry emissions. Within biogenic VOCs, isoprenoids are the most
studied and known group.
Our research was focused in a group of short-chain oxygenated VOCs (oxVOCs), a poorly
known group composed by methanol, ethanol, formaldehyde, acetaldehyde, formic and acetic
acids, and acetone. They can be emitted directly either by plants or by human activities, and
they can also be formed through degradation in the air of other higher molecular mass VOCs.
Among other reasons, they have been less studied due to analytical problems than have been
partly solved in recent years with the advent of new technologies, specially proton transfer
reaction mass spectrometry. OxVOCs have several properties that set them apart of other VOCs
like isoprenoids. OxVOCs are more soluble in water and this fact makes their release from
plants stomatal-dependent. In addition, these compounds have relatively long atmospheric halflives
and reach considerable concentrations in the atmosphere in the range of parts per billion in
volume (ppbv).
Emissions of oxVOCs in Mediterranean plants are scarcely known, for this reason we
studied oxVOCs exchange in the typically Mediterranean tree species Quercus ilex and Pinus
halepensis. The stomatal and atmospheric mixing ratios control of their exchange was
confirmed. For instance, a compensation point of 20 ppbv for formaldehyde was observed for
both tree species, while for acetaldehyde it was of 6 ppbv in P. halepensis. A treatment of
drought and posterior re-watering showed that drought affects oxVOC exchange because it
affects stomatal conductance. In addition, it was confirmed that Q. ilex emits isoprene, although
at small rates, and that isoprenoid emission in Q. ilex decreased due to drought.
VOCs can also have an important ecological role: taking part in the communication between
organisms. In plant-plant interaction our hypothesis was that methanol could have a signalling
role, given that methanol is emitted in big amounts from leaves upon herbivore attack. An
experiment of fumigation with methanol showed that Q. ilex responses to airborne methanol
were similar to responses to herbivory and also that monoterpene emission was slightly
increased. In communication between animals, we identified some volatile components emitted
by the cocoons and frass of a solitary bee species (Osmia cornuta), being acetic acid an
abundant one among them. We then tested acetic acid attractiveness for Monodontomerus
aeneus female wasps, parasitoids of O. cornuta, that look for cocoons to oviposit. Although acetic acid alone attracted M. aeneus, a complex volatile signal is probably involved in the
attraction process since the ratio acetic acid-acetaldehyde characteristic of the frass was more
attractive than other ratios.
The last objective of this thesis was to observe the impact that VOC emissions have on the
Mediterranean atmosphere, either by the mixing ratios that VOC reach in the air or also by their
participation in the formation of compounds like ozone. To achieve this, the mixing ratios of
oxVOCs, isoprenoids, and aromatic VOCs were measured (winter and summer) in a forest site
located within a densely forested natural park (Montseny) about 60 km NE of the city of
Barcelona. While aromatic VOCs showed almost no seasonal variability, short-chain
oxygenated VOCs presented higher mixing ratios in summer due to the increased emission by
vegetation and the increased photochemistry, both enhanced by the high temperatures and solar
radiation in summer. Isoprenoid VOCs showed the biggest seasonal change in mixing
ratios:they increased by one order of magnitude in summer, as a result of the increased
vegetation physiological activity and emission rates. Ozone highest diurnal concentrations
increased in summer too, due to more photochemical activity and the presence of more VOCs in
the air. The daily variation of the VOC mixing ratios was mainly governed by the wind regime
of the mountain. Sea breeze that develops after sunrise advects to the mountain polluted air
masses that previously had passed over the Barcelona metropolitan region, where they were
enriched in NO2 and in VOCs of biotic and abiotic origin. Furthermore, these polluted air
masses can react with biogenic VOCs emitted at the local valley by the vegetation, thus
enhancing O3 formation in this forest site. The only VOC species that showed a different daily
pattern were monoterpenes because of their local biogenic emission. Isoprene also shared
partially the daily pattern of monoterpenes, but only in summer when its biotic sources were
stronger.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/32131 |
| Date | 13 December 2010 |
| Creators | Seco Guix, Roger |
| Contributors | Peñuelas, Josep, Filella Cubells, Iolanda, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Biologia Animal, de Biologia Vegetal i d'Ecologia |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | Catalan |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 176 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/embargoAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
Page generated in 0.0058 seconds