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아열대 도시의 길가 식물 6종의 엽면 입자상 물질 보유 및 독성 미량 원소 축적

Jun 26, 2023Jun 26, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12831(2023) 이 기사 인용

211 액세스

측정항목 세부정보

대기 오염의 주요 원인인 미립자 물질(PM) 및 관련 독성 미량 원소는 인간의 건강과 환경 안전에 잠재적으로 심각한 위협을 가합니다. 식물이 대기 PM 오염을 줄일 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 다양한 크기의 PM과 엽면 PM의 독성 미량 원소 사이의 관계는 여전히 불분명합니다. 본 연구는 다양한 크기의 PM(PM2.5, PM10, PM>10)과 독성 미량원소(As, Al, Cu, Zn, Cd, Fe, Pb) 간의 연관성과 독성 간의 상관성을 탐색하기 위해 수행되었습니다. 중국 후난성 창사에 있는 길가 식물 6종(Cinnamomum camphora, Osmanthus fragrans, Magnolia grandiflora, Podocarpus Macrophyllus, Loropetalum chinense var. rubrum 및 Pittosporum tobira)의 미량 원소. 결과는 P. 마크로필루스가 PM을 유지하는 능력이 가장 높았고, C. 녹나무가 PM2.5를 유지하는 데 탁월한 것으로 나타났습니다. PM2.5를 효과적으로 감소시키기 위해 P. 마크로필루스와 C. 녹나무의 조합을 아열대 도시에 식재하는 것이 적극 권장되었습니다. 엽면 PM에 축적된 독성 미량 원소는 식물 종과 PM 크기에 따라 다양했습니다. 양방향 ANOVA는 대부분의 독성 미량 원소가 식물 종, PM 크기 및 상호 작용에 의해 크게 영향을 받는 것으로 나타났습니다(P < 0.05). 또한, 선형 회귀 및 상관 분석을 통해 엽면 PM에서 대부분의 독성 미량 원소의 상동성이 추가로 입증되었습니다. 즉, 식물이 PM 소스의 예측 변수이자 환경 모니터링임을 확인했습니다. 이러한 발견은 도시 대기 오염 제어 및 경관 구성 최적화에 기여합니다.

도시화, 산업화가 심화됨에 따라 대기 중 미세먼지(PM) 오염은 점점 심각해지고 있으며, 이는 인간의 건강과 환경안전에 심각한 위협을 가하고 있어 많은 주목을 받고 있습니다1,2,3,4,5. PM은 호흡 가능한 공기 부유 입자상 물질로 PM2.5(2.5μm 이하), PM10(2.5μm 초과 10μm 미만), PM>10(2.5μm 이상)으로 분류됩니다. 10μm) 입자 크기 기준6,7,8.

길가 식물은 대기 미립자 물질을 유지하고 공기 질을 개선할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다9,10,11,12. 최근 몇 년 동안 연구자들은 식물의 PM 보유 메커니즘과 PM 보유에 영향을 미치는 요인에 중점을 두었습니다. 식물 자체의 경우 잎 표면 미세 형태가 PM 보유 용량에 영향을 미쳤습니다13,14. 최신 연구에서는 식물 잎 표면의 증발산으로 인한 미기후 변화가 PM2.515의 보유에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 식물이 PM을 보유하는 능력은 식재 패턴과 3차원 구성 구조에 의해 영향을 받을 수 있습니다16. 예를 들어 강수량 및 바람과 같은 기상 요인이 식물 PM 보유에 미치는 영향도 마찬가지로 중요했습니다.

PM을 유지하는 능력을 제외하고 환경 모니터링에서 식물의 역할은 무시할 수 없습니다18,19. 대기 중 PM20,21에는 다량의 독성 미량 원소가 존재하며, 독성 미량 원소를 함유한 PM은 다른 생태계로 부유할 수 있으며22 유기체에 농축되어 건강을 위협할 수 있습니다20. 따라서 PM의 독성 미량 원소에 대한 조사는 위험 평가 및 환경 모니터링에 중요한 영향을 미칩니다. 최근 연구에 따르면 식물 잎 PM은 환경의 독성 미량 원소 구성을 실질적으로 반영할 수 있는 것으로 나타났습니다23. 그럼에도 불구하고 엽면 PM 및 관련 독성 미량원소에 대해서는 여전히 많은 혼란이 있습니다. 식물이 보유하는 다양한 크기의 PM에 포함된 독성 미량 원소의 구성은 무엇입니까? 식물 종이 독성 미량 원소를 유지하기 위해 다양한 크기의 PM에 영향을 미칠 수 있습니까? 누가 잎 PM의 독성 미량원소 농도를 결정합니까?

본 연구에서는 중국의 대표적인 아열대 도시인 후난성 창사시에서 6종의 가로 식물을 조사하였다. 우리는 잎의 다양한 크기 비율과 관련 독성 미량 원소의 PM 함량을 측정했습니다. 또한, 이전 연구에서는 거의 볼 수 없었던 다양한 크기의 PM과 독성 미량원소 간의 연관성과 독성 미량원소 간의 상관관계를 분석했습니다. 이 연구의 목적은 (1) 독성 미량원소뿐만 아니라 다양한 크기의 입자상 물질을 보유하는 다양한 식물의 능력을 평가하고, (2) 입자상 물질 내 독성 미량원소 함량의 구동 요인을 분석하고, (3) 미립자 물질의 독성 미량 원소 사이의 잠재적 연관성을 밝힙니다. 우리의 결과는 아열대 지역에서 미립자 물질, 독성 미량 원소 및 이들의 잠재적 연관성을 유지하는 일반적인 길가 식물의 능력에 대한 지식에 기여할 수 있습니다. 동시에, 우리의 연구는 도시 녹지대의 식물 구성과 환경 모니터링에 식물을 적용하기 위한 이론적 기초를 제공할 수 있습니다. 또한, 우리의 연구는 엽면 PM 연구에 대한 혁신적인 관점을 제공할 수 있습니다.

10 (3.5865 g/m2). PM2.5 accumulated on the leaf surface of C. camphora was the highest (0.4907 g/m2), which accounted for 91.85% of the total PM retention of C. camphora, while C. camphora had the lowest PM>10 retention (0.0160 g/m2), and it indicated that C. camphora was much more effective in accumulating fine particulate matter. Although O. fragrans had the lowest retention of total PM (0.3958 g/m2), PM2.5 retention of O. fragrans (0.2986 g/m2) was only lower than that of C. camphora, and significantly higher than that of P. macrophyllus (0.1174 g/m2), L. chinense var. rubrum (0.0254 g/m2), M. grandiflora (0.0101 g/m2) and P. tobira (0.0004 g/m2). PM2.5, PM10, and PM>10 on the leaf surface accounted for 75.43%, 17.60%, and 6.97% of the total PM retention of O. fragrans, which indicated that O. fragrans also was more effective in accumulating fine particulate matter./p>10. Different lowercase letters in the graph represent significant differences in the PM retention ability of tree species (P < 0.05)./p>10 among the six roadside plants, and there were significant differences in the Al, Cu, Zn, Fe, and Pb concentrations in foliar PM>10 between C. camphora and the other five plant species (P < 0.05). The highest Al, Zn, Cd, Fe, and As concentrations were found in foliar PM10 of P. tobira, which was significantly higher than the other five plant species (P < 0.05). For Al, Zn, Cd, and As, P. tobira had the highest concentration in foliar PM2.5 among the six roadside plants. The highest Fe concentration in foliar PM2.5 was observed in P. macrophyllus, which was significantly higher than C. camphora (P < 0.05)./p>10 (537,825 mg/kg) > PM10 (69,319 mg/kg) > PM2.5 (3506 mg/kg)] and O. fragrans [PM>10 (309,648 mg/kg) > PM10 (91,191 mg/kg) > PM2.5 (7293 mg/kg)] had the highest content of Al in PM>10; P. tobira [PM10 (324,958 mg/kg) > PM2.5 (81,472 mg/kg) > PM>10 (25,202 mg/kg)] had the highest content of Al in PM10; M. grandiflora [PM2.5 (64,998 mg/kg) > PM10 (25,893 mg/kg) > PM>10 (15,055 mg/kg)] and P. macrophyllus [PM2.5 (46,844 mg/kg) > PM10 (28,992 mg/kg) > PM>10 (20,169 mg/kg)] had the highest content of Al in PM2.5; and there were significant differences among the three particle sizes in the same plant species (P < 0.05), while the Al content of L. chinense var. rubrum had no significant difference among the three particle sizes (P > 0.05). The distribution of Cd and As in the particulate matter of different plant leaves showed almost complete consistency, as evidenced by the highest levels of PM>10 in C. camphora foliage, PM2.5 in M. grandiflora foliage, PM10 in P. tobira and L. chinense var. rubrum foliage, and the Cd and As concentrations of O. fragrans and P. macrophyllus showed no significant difference among the three particle sizes (P > 0.05) (Table S1)./p> 0.05). There was a highly significant effect of plant species on Zn in the particulate matter (P < 0.01)./p>10 retention (Fig. 3)./p> 0.05). However, the correlation between toxic trace elements was affected by particle size. Al and Cu were significantly correlated only at PM>10 (R = 0.780, P < 0.001), similarly for Al and Pb (R = 0.765, P < 0.001), Pb and Zn (R = 0.963, P < 0.001), Pb and Cd (R = 0.567, P < 0.05), and Pb and As (R = 0.629, P < 0.01). Fe and Al were not significantly correlated only at foliar PM2.5 (R = 0.308, P > 0.05), analogously for Cd and Cu (R = 0.073, P > 0.05), As and Cu (R = 0.119, P > 0.05), Fe and Cd (R = 0.260, P > 0.05), and Fe and As (R = 0.286, P > 0.05) (Fig. 4)./p>10 on C. camphora foliage in our study were higher than those in other particle-size particulate matter. Some plants are selective in the adsorption of particulate matter due to their leaf physicochemical factors, thus explaining why C. camphora has the worst PM>10 adsorption capacity but its ability to retain toxic trace elements is better43./p>10, PM10 and PM2.5 using the same procedure as above. Before and after each filtration, the microporous filter membrane was put in an oven at 60 °C31 and dried to a constant mass (two measurements ≤ 0.0002 g), and weighed on a balance with an accuracy of one ten-thousandth./p>

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