《Science of The Total Environment》：Collecting grassland volatile organic compounds in open air through passive and active sampling strategies
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本研究针对草地生态系统挥发性有机物(VOC)采样方法学难题，系统比较了被动扩散捕集(PDT)、固相微萃取(SPME)和主动捕集(AcT)三种技术。研究人员通过GC-MS分析在5个时间点采集的89份样本，鉴定出188种VOCs，发现AcT方法在化合物多样性(110种)和信息化合物捕获效率方面最优。该研究为草地生态化学通讯研究提供了方法学标准，对生态系统监测具有重要意义。
在广袤的草原生态系统中，植物通过释放挥发性有机物(VOC)构建出复杂的化学信息网络。这些飘散在空气中的小分子物质，如同无形的密码，承载着植物间通讯、防御植食动物、吸引传粉者等重要生态功能。然而要破译这片"气味景观"的秘密，科研人员首先面临方法学的挑战：如何在开放环境中有效捕获这些浓度极低且易变化的VOCs？
传统研究多采用封闭式腔室法收集植物VOC，但这种方法会改变植物的自然环境，无法真实反映野外多种生物与非生物因子交互作用下的挥发物组成。为此，法国国家农业食品与环境研究院(INRAE)的Carlos Andrés Rincón团队在《整体环境科学》发表创新性研究，系统比较了三种开放式空气采样技术，为草地生态系统挥发物组研究提供了方法学基准。
研究人员在2020年7月至10月的植被生长周期内，对9个永久性草地进行连续监测。通过巧妙实验设计，他们同步部署被动扩散捕集(PDT)、固相微萃取(SPME)和主动捕集(AcT)三种方法，从而实现采样技术的直接对比。特别值得注意的是，团队还设置了两个采样高度——草冠高度(GH)和1米高度(1M)，以探究垂直空间对VOC组成的影响。
关键技术方法
本研究采用热脱附-气相色谱-质谱联用(TD-GC-MS)技术分析VOCs。被动采样使用Tenax TA吸附管暴露6-8小时；SPME采用DVB-CAR-PDMS萃取纤维；主动采样通过GilAir Plus泵以48.7 mL/min流速捕集2小时。样本来自INRAE的SOERE ACBB生态系统管理试验站（45°43′23”N, 3°1′21″E），包含不同放牧强度的9个草地样方。
草地挥发物组特征
化学多样性图谱
研究共鉴定出188种VOCs，涵盖烷烃、苯环化合物、萜类、酯类、醛酮类等11个化学家族。其中PDT方法捕获108种化合物，SPME捕获102种，而AcT表现最优，捕获110种化合物。令人惊讶的是，烷烃类（特别是2-甲基戊烷和3-甲基戊烷）在PDT采样中占据主导，而SPME对苯环化合物（如3-乙基苯甲醛）显示出特殊亲和性。
时间动态规律
挥发物组成呈现明显季节变化。7月15日（日期1）样品总峰面积是其他采样日的2-6倍，其中2-甲基戊烷含量最高。随着季节推进，含氧化合物（醇、醚、羰基化合物）比例逐渐增加，在8月25日（日期3）达到峰值，此时2-丙酮成为主要成分。苯甲醛和苯甲酸等信息化合物在生长季后期（9-10月）显著富集。
采样方法比较
AcT在捕获化合物数量和多样性方面均优于被动方法。平均每个AcT样品检测到55±8种化合物，而SPME和PDT分别仅检测37±11和19±12种。更重要的是，AcT捕获的已知半化学信息物质（如苯甲醛、苯乙酮）数量最多，这些化合物在植物-昆虫互作中起关键信号传导作用。
高度比较显示，草冠高度与1米高度的挥发物组成高度相似，仅癸醛存在显著差异，表明草地生态系统VOC在垂直方向上混合均匀。
结论与展望
本研究首次系统评估了草地VOC采样的方法学差异，证实主动捕集(Tenax TA结合泵抽吸)最适合生态系统化学景观监测。研究人员发现的107种已知半化学信息物质（如苯甲醛、柠檬烯、β-蒎烯）为理解草地生态化学通讯提供了宝贵资源。
这些发现对生态系统管理具有重要启示：通过监测特定VOC组合变化，可早期预警草地胁迫状态，优化放牧管理策略。未来建立草地挥发物组数据库，将VOC谱与动植物多样性、土壤参数等多维数据关联，有望揭示生态系统功能的化学密码。这项工作为"化学景观生态学"新兴领域奠定了方法学基础，推动从分子到生态系统的多尺度研究。
值得注意的是，研究方法本身也存在改进空间。如Tenax TA吸附管可能因臭氧反应产生苯基马来酸酐等假阳性信号，未来需通过严格空白对照和吸附管预处理来优化。然而瑕不掩瑜，这项研究为生态挥发物组学研究提供了可靠技术路线，打开了通过"气味指纹"诊断生态系统健康的新途径。
