Scientific Reports volume 13、記事番号: 12831 (2023) この記事を引用
211 アクセス
メトリクスの詳細
大気汚染の主な原因として、粒子状物質 (PM) および関連する有毒微量元素は、人間の健康と環境の安全性に対して潜在的に深刻な脅威をもたらします。 知られているように、植物は大気中のPM汚染を軽減することができます。 しかし、さまざまなサイズの PM と葉面 PM に含まれる有毒微量元素との関係はまだ不明です。 この研究は、さまざまなサイズの PM (PM2.5、PM10、PM>10) と有毒微量元素 (As、Al、Cu、Zn、Cd、Fe、Pb) との関連性、および有毒物質間の相関関係を調査するために実施されました。中国湖南省長沙市の路傍植物6種（クスノキ、キンモクセイ、マグノリア・グランディフローラ、ポドカルプス・マクロフィルス、ロロペタルム・チャイネンス・バールブルム、ピットスポルム・トビラ）の微量元素。 結果は、P. マクロフィラスが PM を保持する能力が最も高く、C. カンフォラが PM2.5 を保持する能力に優れていることを示しました。 PM を効果的に削減するために、亜熱帯都市に植栽される P. マクロフィルスと C. カンフォラの組み合わせが強く推奨されました。 葉面 PM に蓄積される有毒微量元素は、植物の種類と PM のサイズによって異なります。 二元配置分散分析により、ほとんどの有毒微量元素は植物種、PM のサイズ、およびそれらの相互作用によって顕著な影響を受けることが示されました (P < 0.05)。 さらに、線形回帰分析と相関分析により、葉面 PM 中のほとんどの有毒微量元素の相同性が実証され、植物が PM 発生源および環境モニタリングの予測因子として確認されました。 これらの発見は、都市の大気汚染防止と景観構成の最適化に貢献します。
大気中の粒子状物質（PM）汚染は、都市化と工業化の激化に伴いますます深刻化しており、人間の健康と環境の安全に重大な脅威をもたらすため、大きな注目を集めています1、2、3、4、5。 PM は呼吸可能な大気浮遊粒子状物質で、PM2.5 (2.5 μm 以下)、PM10 (2.5 μm 以上 10 μm 未満)、PM>10 (以上 10 μm) に分類できます。 10 μm）は粒子サイズに基づいて6、7、8。
道路脇の植物は、大気中の粒子状物質を保持し、大気の質を改善する可能性があります9、10、11、12。 近年、研究者は植物における PM 滞留のメカニズムと PM 滞留に影響を与える要因に焦点を当てています。 植物自体については、葉の表面の微細形態が PM 保持能力に影響を与えました 13,14。 最新の研究では、植物の葉の表面の蒸発散によって引き起こされる微気候の変化が、PM2.515の保持に大きな影響を与えていることが判明しました。 植物が PM を保持する能力は、植栽パターンと三次元構成構造によって影響を受ける可能性があります16。 同様に重要なのは、降雨や風など、植物の PM 保持に対する気象要因の影響です 17。
PM を保持する能力を除けば、環境モニタリングにおける植物の役割は無視できません 18,19。 大気中の PM には大量の有毒微量元素が存在しており 20,21、有毒微量元素を含む PM は他の生態系に浮遊し 22、生物体内に濃縮され、その結果生物の健康を危険にさらす可能性があります 20。 したがって、PM 中の有毒微量元素の調査は、リスク評価と環境モニタリングに重要な意味を持ちます。 最近の研究では、植物の葉の PM が環境中の有毒微量元素の組成を実質的に反映している可能性があることが示されました 23。 それにもかかわらず、葉面 PM とそれに関連する有毒微量元素については依然として多くの混乱があります。 植物が保持するさまざまなサイズの PM 中の有毒微量元素の組成は何ですか? 植物種がさまざまなサイズの PM に影響を及ぼし、有毒な微量元素を保持する可能性はありますか? 葉面 PM に含まれる有毒微量元素の濃度は誰が決定するのでしょうか?
本研究では、中国の典型的な亜熱帯都市である湖南省長沙市で6つの街路樹を調査した。 私たちは、葉上のさまざまなサイズの画分における PM の含有量と、関連する有毒微量元素を測定しました。 また、これまでの研究ではほとんど見られなかった、さまざまなサイズのPMと有毒微量元素の関連性、および有毒微量元素間の相関関係も分析しました。 この研究の目的は、(1) さまざまなサイズの粒子状物質および有毒微量元素を保持するさまざまな植物の能力を評価すること、(2) 粒子状物質中の有毒微量元素含有量の推進要因を分析すること、および (3)粒子状物質からの有毒微量元素間の潜在的な関連性を明らかにします。 私たちの結果は、亜熱帯地域における一般的な路傍植物の粒子状物質、有毒微量元素、およびそれらの潜在的な関連性を保持する能力に関する知識に貢献する可能性があります。 同時に、私たちの研究は、都市緑地における植物の構成と環境モニタリングにおける植物の応用に対する理論的基礎を提供することができます。 さらに、私たちの研究は葉面PMの研究に革新的な視点を提供することができます。
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>
日本語
English
Français
Deutsch
Español
Italiano
Português
한국어
Русский