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利用针叶指示电子废物拆解区重金属的污染

文档作者：张刚，王俊霞，徐峰，张龙，王雅珏，张卫，林匡飞文档来源：华东理工大学资源与环境工程学院		点击数：	更新时间： 2022年12月31日
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2015，34(8)：1486—1492 农业环境科学学报I 2015年8月
———————————————————————————_．Jaurnal ofA窖m-Environment Science●——————————————————————————一
利用针叶指示电子废物拆解区重金属的污染
张刚，王俊霞，徐峰，张龙，王雅珏，张卫，林匡飞+
(华东理工大学资源与环境工程学院，上海200237)
摘要：为了给评价典型区域重金属污染提供有效的生物监测方法，利用ICP—MS检测了典型电子废物拆解区及其对照区6种常
见木本植物叶中13种重金属元素的含量，比较了不同种类的木本植物叶对金属元素的累积能力，并探讨了叶片中重金属的可能来
源。结果表明，Hg、Mn等重金属含量在0．025—393 nag·kg-1之间，电子废物拆解区和对照区植物叶中Hg、Sn、Sb、Co、cr、As、V、Se和
Pb等金属的含量表现出显著的区域性差异(尸如．05)。从主成分分析结果可推测出Mn、Cu、Co、Ni、Pb、As、Sb、V和Hg的来源较为一
致，可能来源于拆解导致的土壤或大气污染。“富集因子”计算结果表明，侧柏和柳杉对Hg、Cd、se、sn、Sb、Pb和Cu等有较好的指示
作用。
关键词：针叶；电子废弃物；重金属；富集因子
中图分类号：X171．5 文献标志码：A 文章编号：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
废旧电子产品不仅含有大量的贵重金属，也含有
汞、镉、铅、铬、砷等有毒元素，若处置不当，将导致大
量的重金属和有毒物质污染生态环境。浙江温岭温峤
镇下辖多个村庄从事电子废物拆解长达30年，重金
收稿日期：2015-04-06
基金项目：环保部公益性项目(201309047，201309030)
作者简介：张刚(1990一)，男，硕士研究生，从事污染生态学研究。
E-mail：z9642008636@126．com
+通信作者：林匡飞E—mail：kflin@ecust．edu．cn
属污染物通过多个途径大量释放到环境介质中n-3】。由
于采用手工拆卸、强酸萃取、填埋以及丢弃这类“机械
破碎+分选”的方法，造成土壤和水体污染，被植被吸
收进而经食物链进入到人体。王瑾丰等【41研究表明电
子废物拆解区重金属在土壤一农作物体系中有一定转
移性，并可通过食物链进人人体。此外，烘烤和焚烧电
路板行为造成了大气污染。一些研究表明含重金属的
颗粒物会经呼吸道进人人体，造成不可逆转的伤害，
如呼吸道长期吸人含镍灰尘可引起鼻癌和肺癌[51，含
万方数据
-_咽_ll壅型!竺!型旦笪堕塑重皇三壅塑堡堡垦重全墨塑望墨1487
铬酸雾将会提高肺癌发病率网。tunei)、圆柏(Sabina chinensis)和一组阔叶植物木犀，
陆地植物吸收周围环境中的重金属主要有两种又名桂花(Osmanthus厅硼7_彻s o
途径：一是通过树干径流作用从土壤中吸收金属盐同， 1．2试验地的选择
然后运输并贮存至树叶和果实等部位。一些微量必需选择非正规拆解典型区域A(台州温岭某农村地
元素(铁、锰、锌、铜、镁、钼、镍)能通过植物根部吸收区)、正规拆解区B(台州峰江某工业园区)、对照区C
并输送到叶组织[81，而一些功能尚不清楚的金属(镉、(长屿硐天风景区)和对照区D(台州市区椒江区)4
铬、铅、钴和硒等)同样可以被植物叶片所积累唧。二是个区域。在A地区随机选取了8个有拆解行为的村
植物叶片对大颗粒物或干湿沉降的拦截、吸附作用。庄，这些村庄均分布在方圆10 km范围以内，在每一
近年来，植物常常被视作大气污染物的有效生物被动个采样地点，选择5棵树龄较为一致的树木，采集成
采样器，因其独特的优势，可以在微量元素的采集上熟的叶子，混合成一个样品，共采集114份树叶样品。
与传统的采样方法相互补充㈣。Graydon掣11】提出树在树叶采集点，同时采集了46份大气颗粒物样品(包
叶是一座大气中重金属的小型收集器，得益于较高的括22个PMu样品和24个TSP样品)以及18份树木
叶面积指数，树叶会对大气中颗粒物进行拦截，其中周边土壤样品。
粒径较大的颗粒会被吸附在叶表面，细小的颗粒则会1．3分析方法
通过气体交换被吸收到叶肉组织中。已有学者开展过所有树叶样品在分析前用去离子水冲刷表面污
以树叶作为重金属污染场地指示生物的相关研究， 染物，放于80℃烘箱烘干至恒重，粉碎后过60目筛，
Siwik等n21以红栎等阔叶作为生物指示物，研究城市称取0．1 g叶类粉末于聚四氟乙烯消解罐中，加人4
不同功能区叶片对汽车尾气排放的气体汞的吸收情mL优级纯硝酸，1 mL双氧水(H20：)于微波管中，利
况。任乃林掣13研究发现植物叶片中重金属的富集量用微波辅助消解。大气纤维滤膜剪碎、土壤样品烘干
与大气中的重金属污染指数呈正相关关系。磨碎(0．2 g)，加入9 mL硝酸、3 mL盐酸和1 rIIL氢氟
电子废物拆解回收区域土壤、灰尘和河流水体中酸辅助消解刚。150℃赶酸，冷却后用10 mL超纯水定
含有较高浓度的重金属【l纠q，但对电子拆解场地这一容，混合均匀用电感耦合等离子体质谱仪(ICP—MS)
特殊污染场地，只有较少文献报道过以苔藓植物作为测定As、Cd等元素的含量。
重金属生物监测器【17。191。基于此，本研究以松杉目5种1．3．1质量控制
针叶植物为对象，测定了叶中全Hg、As、Co、Cr、Mn、在树叶样品处理和测定的同时，以灌木枝叶
Cu、Ni、Pb、Se、V、Sn、sb和Cd共13种元素的含量，比GBW07603(GSV—1)标准物质作对照，以同样的试
较不同金属元素在针叶中的吸收累积特征，并讨论针验方法处理，测定结果均在质量控制允许范围
叶中不同金属元素的可能来源，以期为筛选出重金属(72％～113％)，证明这种方法的准确性和可行性。每
耐受植物作为生物指示物提供基本依据。批样品应至少测定20％的平行双样，当测定结果为
1材料与方法
1．1实验树种的选择
针叶植物在中国分布广泛，华东地区植被类型种
类众多。温岭属亚热带季风气候，受海洋性气候影响
明显，温暖而潮湿的环境使这一地区植被丰富，该地
区的植被类型属于阔叶针叶混交林嗍。境内针叶树种
主要是一些次生型针叶乔木，如松属、杉属、柳杉属、
水杉属、侧柏属等常见的松杉目裸子植物。它们有针
形、条形或鳞形的叶，而叶又具有深陷的气孔、发达的
角质层、富含油脂等明显的旱生结构，但树叶的组成
结构差异同时也较大。本研究选取生长季的雪松
(ce挑deodara)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、
杉木(Cunninghamia lanceolata)、柳杉(Cryptomeriafor—
lO倍检出限以内，平行双样测定结果的相对偏差应
小于50％；当测定结果大于10倍检出限，平行双样
测定结果的相对偏差应小于20％。对样品中未被检
测出的元素，其浓度将被视为方法检出限的一半
(MDL／2)。
1．3．2数据统计
数据的t一检验、K书正态检验、Spearman相关性
分析和主成分分析(PCA)用SPSSl8．0软件完成。所
有实验数据均未进行回收率校正，且实验数据对数标
准化后进行相关性分析和主成分分析。
2结果与讨论
2J树叶中13种金属元素的含量
所有区域采集的树叶中13种元素的测定结果见
万方数据
表l(表中数据的平均值基于总共114份树叶样品)。
A区各类树叶中Mn的含量最高(35．5～393 mg·kg-1)，
Hg、Cd和As等元素含量较低，范围分别为0．025—
0．098、0．066-0．555、0．088-0．355 mg·kg-1。
植物通过土壤吸收和大气沉降两个主要途径吸
收环境中的金属元素，为了系统地分析树叶中多种金
属元素的可能来源，本文同时分析了A区树木生长
的周围土壤和大气颗粒物中的重金属含量(表2)。大
气PMz5和TSP中主要金属元素为Cr，其均值分别为
994、1160 ng·ITI句；土壤中主要金属元素为Mn和Cu，
其均值分别为6360、1732 mg·kg-1。
2．2不同区域针叶中元素的对比
表3所示为A区域所有针叶与其他不同功能区
域针叶Hg、Mn等重金属均值比较结果。与B区域比
较结果显示，B区叶中Cd含量显著高于A区，A区叶
中Hg含量则明显高于B区，其他元素两区域叶中无
表2大气和土壤中各种金属元素的含量
Table 2 Concentration of trace metMs in the atmosphere
and soil samples
表1温岭农村地区和其他对照区域6种树叶中元素含量(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．表示未检出。
万方数据
_围瞳置墨啊_lL整型：篁!型旦笪!塑重皇三窒望堑堡垦重全星塑望鎏!!!!
表3不同区域树叶中金属含量t检验结果
Table 3 t-test values of metals in washed leaves in different alias
项目
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：+表示不同组差异显著(p(o．05)，一表示不同组差异极显著(P

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