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利用針葉指示電子廢物拆解區(qū)重金屬的污染

文檔作者：張剛，王俊霞，徐峰，張龍，王雅玨，張衛(wèi)，林匡飛文檔來(lái)源：華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年12月31日
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2015，34(8)：1486—1492 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)I 2015年8月
———————————————————————————_．Jaurnal ofA窖m-Environment Science●——————————————————————————一
利用針葉指示電子廢物拆解區(qū)重金屬的污染
張剛，王俊霞，徐峰，張龍，王雅玨，張衛(wèi)，林匡飛+
(華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海200237)
摘要：為了給評(píng)價(jià)典型區(qū)域重金屬污染提供有效的生物監(jiān)測(cè)方法，利用ICP—MS檢測(cè)了典型電子廢物拆解區(qū)及其對(duì)照區(qū)6種常
見(jiàn)木本植物葉中13種重金屬元素的含量，比較了不同種類(lèi)的木本植物葉對(duì)金屬元素的累積能力，并探討了葉片中重金屬的可能來(lái)
源。結(jié)果表明，Hg、Mn等重金屬含量在0．025—393 nag·kg-1之間，電子廢物拆解區(qū)和對(duì)照區(qū)植物葉中Hg、Sn、Sb、Co、cr、As、V、Se和
Pb等金屬的含量表現(xiàn)出顯著的區(qū)域性差異(尸如．05)。從主成分分析結(jié)果可推測(cè)出Mn、Cu、Co、Ni、Pb、As、Sb、V和Hg的來(lái)源較為一
致，可能來(lái)源于拆解導(dǎo)致的土壤或大氣污染。“富集因子”計(jì)算結(jié)果表明，側(cè)柏和柳杉對(duì)Hg、Cd、se、sn、Sb、Pb和Cu等有較好的指示
作用。
關(guān)鍵詞：針葉；電子廢棄物；重金屬；富集因子
中圖分類(lèi)號(hào)：X171．5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672—2043(2015)08—1486-07 doi：10．11654／jaes．2015．08．008
Coniferous I詹aves as an Indicator of Heavy Metal PoHution in E-waste Dismantling Area
ZHANG Gang，WANG Jun-xia，XU Feng，ZHANG Long，WANG Ya-jue，ZHANG Wei，LIN Kuang-fei+
(College ofResources and Environmental Engineering,East China University ofScience and Technology，Shanghai 200237，China)
Abstract：E-waste dismantling has caused severe poDution of heavy metals in surrounding soils．Here we collected leaf samples of six tree
species from eight rural sites，including one industrialized site in Taizhou and two control sites in eastern China to explore the use of tree
leaves to indicate heavy metal poHution in soil．Concentrations of 13 heavy metal elements in the leaf samples were determined by ICP-MS，
and the bioaccumulation of each element in the leaves were evaluated．The eoneentrat!ons of Hg and Mn in the leaves ranged from 0．025 to
393 nag·kg一，indicating distinctive species-specific differences in metal content of the leaves．Hg，Sn，Sb，and Pb showed higher concentra—
tions in Sabina chinensis，while higher Cd，Cr and Co were found in Cedrus deodara．However,Se，As and Sn tended to be enriched in Cryptomeriafortunei．
There was a significant spatial variation of metal concentrations in the leaves．Hg，Sn，Sb，Co，Cr，As，V，Se and Pb concen—
trations in leaves from e-waste recycling aH：踮were higher than those from the control sites．indicating that e—waste dismantling activities
had caused heavy metal pollution in the local vegetation systems．The principal component analysis showed that plant Mn，Cu，Co，Ni，Pb，
As，sb，V and Hg were mainly from the soil or atmosphere contamination induced by e-waste recycling activities．In conclusion，this study
shows that coniferous leaves could be used as a bio-indicator of heavy metal pollution and for the assessment of exposure risk to the local
residents．
Keywords：coniferous leaves；electronic waste；heavy metals；enrichment factors
廢舊電子產(chǎn)品不僅含有大量的貴重金屬，也含有
汞、鎘、鉛、鉻、砷等有毒元素，若處置不當(dāng)，將導(dǎo)致大
量的重金屬和有毒物質(zhì)污染生態(tài)環(huán)境。浙江溫嶺溫嶠
鎮(zhèn)下轄多個(gè)村莊從事電子廢物拆解長(zhǎng)達(dá)30年，重金
收稿日期：2015-04-06
基金項(xiàng)目：環(huán)保部公益性項(xiàng)目(201309047，201309030)
作者簡(jiǎn)介：張剛(1990一)，男，碩士研究生，從事污染生態(tài)學(xué)研究。
E-mail：z9642008636@126．com
+通信作者：林匡飛E—mail：kflin@ecust．edu．cn
屬污染物通過(guò)多個(gè)途徑大量釋放到環(huán)境介質(zhì)中n-3】。由
于采用手工拆卸、強(qiáng)酸萃取、填埋以及丟棄這類(lèi)“機(jī)械
破碎+分選”的方法，造成土壤和水體污染，被植被吸
收進(jìn)而經(jīng)食物鏈進(jìn)入到人體。王瑾豐等【41研究表明電
子廢物拆解區(qū)重金屬在土壤一農(nóng)作物體系中有一定轉(zhuǎn)
移性，并可通過(guò)食物鏈進(jìn)人人體。此外，烘烤和焚燒電
路板行為造成了大氣污染。一些研究表明含重金屬的
顆粒物會(huì)經(jīng)呼吸道進(jìn)人人體，造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害，
如呼吸道長(zhǎng)期吸人含鎳灰塵可引起鼻癌和肺癌[51，含
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
-_咽_ll壅型!竺!型旦笪墮塑重皇三壅塑堡堡墾重全墨塑望墨1487
鉻酸霧將會(huì)提高肺癌發(fā)病率網(wǎng)。tunei)、圓柏(Sabina chinensis)和一組闊葉植物木犀，
陸地植物吸收周?chē)h(huán)境中的重金屬主要有兩種又名桂花(Osmanthus廳硼7_徹s o
途徑：一是通過(guò)樹(shù)干徑流作用從土壤中吸收金屬鹽同， 1．2試驗(yàn)地的選擇
然后運(yùn)輸并貯存至樹(shù)葉和果實(shí)等部位。一些微量必需選擇非正規(guī)拆解典型區(qū)域A(臺(tái)州溫嶺某農(nóng)村地
元素(鐵、錳、鋅、銅、鎂、鉬、鎳)能通過(guò)植物根部吸收區(qū))、正規(guī)拆解區(qū)B(臺(tái)州峰江某工業(yè)園區(qū))、對(duì)照區(qū)C
并輸送到葉組織[81，而一些功能尚不清楚的金屬(鎘、(長(zhǎng)嶼硐天風(fēng)景區(qū))和對(duì)照區(qū)D(臺(tái)州市區(qū)椒江區(qū))4
鉻、鉛、鈷和硒等)同樣可以被植物葉片所積累唧。二是個(gè)區(qū)域。在A地區(qū)隨機(jī)選取了8個(gè)有拆解行為的村
植物葉片對(duì)大顆粒物或干濕沉降的攔截、吸附作用。莊，這些村莊均分布在方圓10 km范圍以?xún)?nèi)，在每一
近年來(lái)，植物常常被視作大氣污染物的有效生物被動(dòng)個(gè)采樣地點(diǎn)，選擇5棵樹(shù)齡較為一致的樹(shù)木，采集成
采樣器，因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以在微量元素的采集上熟的葉子，混合成一個(gè)樣品，共采集114份樹(shù)葉樣品。
與傳統(tǒng)的采樣方法相互補(bǔ)充㈣。Graydon掣11】提出樹(shù)在樹(shù)葉采集點(diǎn)，同時(shí)采集了46份大氣顆粒物樣品(包
葉是一座大氣中重金屬的小型收集器，得益于較高的括22個(gè)PMu樣品和24個(gè)TSP樣品)以及18份樹(shù)木
葉面積指數(shù)，樹(shù)葉會(huì)對(duì)大氣中顆粒物進(jìn)行攔截，其中周邊土壤樣品。
粒徑較大的顆粒會(huì)被吸附在葉表面，細(xì)小的顆粒則會(huì)1．3分析方法
通過(guò)氣體交換被吸收到葉肉組織中。已有學(xué)者開(kāi)展過(guò)所有樹(shù)葉樣品在分析前用去離子水沖刷表面污
以樹(shù)葉作為重金屬污染場(chǎng)地指示生物的相關(guān)研究， 染物，放于80℃烘箱烘干至恒重，粉碎后過(guò)60目篩，
Siwik等n21以紅櫟等闊葉作為生物指示物，研究城市稱(chēng)取0．1 g葉類(lèi)粉末于聚四氟乙烯消解罐中，加人4
不同功能區(qū)葉片對(duì)汽車(chē)尾氣排放的氣體汞的吸收情mL優(yōu)級(jí)純硝酸，1 mL雙氧水(H20：)于微波管中，利
況。任乃林掣13研究發(fā)現(xiàn)植物葉片中重金屬的富集量用微波輔助消解。大氣纖維濾膜剪碎、土壤樣品烘干
與大氣中的重金屬污染指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。磨碎(0．2 g)，加入9 mL硝酸、3 mL鹽酸和1 rIIL氫氟
電子廢物拆解回收區(qū)域土壤、灰塵和河流水體中酸輔助消解剛。150℃趕酸，冷卻后用10 mL超純水定
含有較高濃度的重金屬【l糾q，但對(duì)電子拆解場(chǎng)地這一容，混合均勻用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP—MS)
特殊污染場(chǎng)地，只有較少文獻(xiàn)報(bào)道過(guò)以苔蘚植物作為測(cè)定As、Cd等元素的含量。
重金屬生物監(jiān)測(cè)器【17。191?；诖?，本研究以松杉目5種1．3．1質(zhì)量控制
針葉植物為對(duì)象，測(cè)定了葉中全Hg、As、Co、Cr、Mn、在樹(shù)葉樣品處理和測(cè)定的同時(shí)，以灌木枝葉
Cu、Ni、Pb、Se、V、Sn、sb和Cd共13種元素的含量，比GBW07603(GSV—1)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作對(duì)照，以同樣的試
較不同金屬元素在針葉中的吸收累積特征，并討論針驗(yàn)方法處理，測(cè)定結(jié)果均在質(zhì)量控制允許范圍
葉中不同金屬元素的可能來(lái)源，以期為篩選出重金屬(72％～113％)，證明這種方法的準(zhǔn)確性和可行性。每
耐受植物作為生物指示物提供基本依據(jù)。批樣品應(yīng)至少測(cè)定20％的平行雙樣，當(dāng)測(cè)定結(jié)果為
1材料與方法
1．1實(shí)驗(yàn)樹(shù)種的選擇
針葉植物在中國(guó)分布廣泛，華東地區(qū)植被類(lèi)型種
類(lèi)眾多。溫嶺屬亞熱帶季風(fēng)氣候，受海洋性氣候影響
明顯，溫暖而潮濕的環(huán)境使這一地區(qū)植被豐富，該地
區(qū)的植被類(lèi)型屬于闊葉針葉混交林嗍。境內(nèi)針葉樹(shù)種
主要是一些次生型針葉喬木，如松屬、杉屬、柳杉屬、
水杉屬、側(cè)柏屬等常見(jiàn)的松杉目裸子植物。它們有針
形、條形或鱗形的葉，而葉又具有深陷的氣孔、發(fā)達(dá)的
角質(zhì)層、富含油脂等明顯的旱生結(jié)構(gòu)，但樹(shù)葉的組成
結(jié)構(gòu)差異同時(shí)也較大。本研究選取生長(zhǎng)季的雪松
(ce挑deodara)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、
杉木(Cunninghamia lanceolata)、柳杉(Cryptomeriafor—
lO倍檢出限以?xún)?nèi)，平行雙樣測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差應(yīng)
小于50％；當(dāng)測(cè)定結(jié)果大于10倍檢出限，平行雙樣
測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差應(yīng)小于20％。對(duì)樣品中未被檢
測(cè)出的元素，其濃度將被視為方法檢出限的一半
(MDL／2)。
1．3．2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
數(shù)據(jù)的t一檢驗(yàn)、K書(shū)正態(tài)檢驗(yàn)、Spearman相關(guān)性
分析和主成分分析(PCA)用SPSSl8．0軟件完成。所
有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均未進(jìn)行回收率校正，且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)標(biāo)
準(zhǔn)化后進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。
2結(jié)果與討論
2J樹(shù)葉中13種金屬元素的含量
所有區(qū)域采集的樹(shù)葉中13種元素的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
表l(表中數(shù)據(jù)的平均值基于總共114份樹(shù)葉樣品)。
A區(qū)各類(lèi)樹(shù)葉中Mn的含量最高(35．5～393 mg·kg-1)，
Hg、Cd和As等元素含量較低，范圍分別為0．025—
0．098、0．066-0．555、0．088-0．355 mg·kg-1。
植物通過(guò)土壤吸收和大氣沉降兩個(gè)主要途徑吸
收環(huán)境中的金屬元素，為了系統(tǒng)地分析樹(shù)葉中多種金
屬元素的可能來(lái)源，本文同時(shí)分析了A區(qū)樹(shù)木生長(zhǎng)
的周?chē)寥篮痛髿忸w粒物中的重金屬含量(表2)。大
氣PMz5和TSP中主要金屬元素為Cr，其均值分別為
994、1160 ng·ITI句；土壤中主要金屬元素為Mn和Cu，
其均值分別為6360、1732 mg·kg-1。
2．2不同區(qū)域針葉中元素的對(duì)比
表3所示為A區(qū)域所有針葉與其他不同功能區(qū)
域針葉Hg、Mn等重金屬均值比較結(jié)果。與B區(qū)域比
較結(jié)果顯示，B區(qū)葉中Cd含量顯著高于A區(qū)，A區(qū)葉
中Hg含量則明顯高于B區(qū)，其他元素兩區(qū)域葉中無(wú)
表2大氣和土壤中各種金屬元素的含量
Table 2 Concentration of trace metMs in the atmosphere
and soil samples
表1溫嶺農(nóng)村地區(qū)和其他對(duì)照區(qū)域6種樹(shù)葉中元素含量(mg·kg-1干重)
Table 1 Concentrations(mg·kg一1 dry weight)ofelements in leaves ofsix species sampled from Wenling and several other control areas
注：n．d．表示未檢出。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
_圍瞳置墨啊_lL整型：篁!型旦笪!塑重皇三窒望塹堡墾重全星塑望鎏!!!!
表3不同區(qū)域樹(shù)葉中金屬含量t檢驗(yàn)結(jié)果
Table 3 t-test values of metals in washed leaves in different alias
項(xiàng)目
A&amp;amp;B
A＆c
A＆D
C&amp;amp;D
Hg Cd Sn Sb Co Cr Cu As V Se Pb Ni Mn
0．042*0．038*0．780 0．464 0．699 0．132 0．340 0．662 0．264 0．381 0．648 0．424 0．328
0．1201}+0．166 0．036*0．04l+0．044*0．028*0．082 0．005++0．044*0．026*0．016"0．266 0．261
0．0014+ o．272 0．030*0．049*0．039"0．029*0．064 0．023*0．029+0．045*0．029‘0．242 0．081
0．729 0．76l 0．936 0．981 0．790 0．935 0．775 0．448 0．610 0．414 0．397 0．624 0．766
注：+表示不同組差異顯著(p(o．05)，一表示不同組差異極顯著(P

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