Rétention de particules foliaires et accumulation d'oligo-éléments toxiques de six espèces de plantes en bordure de route dans une ville subtropicale

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12831 (2023) Citer cet article

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En tant que source majeure de pollution atmosphérique, les particules (PM) et les oligo-éléments toxiques associés constituent des menaces potentiellement graves pour la santé humaine et la sécurité environnementale. Comme on le sait, les plantes peuvent réduire la pollution atmosphérique par les particules. Cependant, la relation entre les particules de différentes tailles et les oligo-éléments toxiques présents dans les particules foliaires reste encore floue. Cette étude a été réalisée pour explorer l'association entre les PM de différentes tailles (PM2,5, PM10, PM>10) et les oligo-éléments toxiques (As, Al, Cu, Zn, Cd, Fe, Pb) ainsi que la corrélation entre les particules toxiques. oligo-éléments de six espèces de plantes de bordure de route (Cinnamomum camphora, Osmanthus fragrans, Magnolia grandiflora, Podocarpus macrophyllus, Loropetalum chinense var. rubrum et Pittosporum tobira) à Changsha, province du Hunan, Chine. Les résultats ont montré que P. macrophyllus avait la plus grande capacité à retenir les PM et que C. camphora excellait dans la rétention des PM2,5. Il est fortement recommandé de planter la combinaison de P. macrophyllus et de C. camphora dans la ville subtropicale afin de réduire efficacement les particules. Les oligo-éléments toxiques accumulés dans les particules foliaires variaient selon l'espèce végétale et la taille des particules. L'ANOVA bidirectionnelle a montré que la plupart des oligo-éléments toxiques étaient influencés de manière significative par les espèces végétales, la taille des particules et leurs interactions (P < 0,05). De plus, des analyses de régression linéaire et de corrélation ont démontré l'homologie de la plupart des éléments traces toxiques dans les particules foliaires, c'est-à-dire confirmant que les plantes sont des prédicteurs des sources de particules ainsi que la surveillance environnementale. Ces résultats contribuent au contrôle de la pollution de l’air urbain et à l’optimisation de la configuration du paysage.

La pollution par les particules (PM) dans l'atmosphère devient de plus en plus grave à mesure que l'urbanisation et l'industrialisation s'intensifient, ce qui présente de graves menaces pour la santé humaine et la sécurité environnementale. Elle a donc attiré beaucoup d'attention1,2,3,4,5. Les PM sont des particules respirables en suspension dans l'air, qui peuvent être classées comme PM2,5 (inférieures ou égales à 2,5 μm), PM10 (supérieures à 2,5 μm et inférieures à 10 μm) et PM>10 (supérieures ou égales à 2,5 μm). 10 μm) en fonction de la taille des particules6,7,8.

Les plantes en bordure de route ont le potentiel de retenir les particules atmosphériques et d’améliorer la qualité de l’air9,10,11,12. Ces dernières années, les chercheurs se sont concentrés sur les mécanismes de rétention des particules dans les plantes et sur les facteurs affectant la rétention des particules. Pour la plante elle-même, la micromorphologie de la surface des feuilles a influencé la capacité de rétention des particules13,14. Les dernières recherches ont révélé que le changement du microclimat provoqué par l'évapotranspiration à la surface des feuilles des plantes avait un effet significatif sur la rétention des PM2,515. La capacité des plantes à retenir les particules peut être affectée par les modèles de plantation et les structures de configuration tridimensionnelles16. Les effets des facteurs météorologiques sur la rétention des particules par les plantes, par exemple les précipitations et le vent17, étaient tout aussi importants.

Hormis leur capacité à retenir les particules, le rôle des plantes dans la surveillance environnementale ne peut être ignoré18,19. De grandes quantités d’oligo-éléments toxiques sont présentes dans les PM atmosphériques20,21, et les PM contenant des oligo-éléments toxiques peuvent flotter vers d’autres écosystèmes22, puis s’enrichir dans les organismes, mettant ainsi en danger leur santé20. Par conséquent, la recherche d’éléments traces toxiques dans les particules a des implications significatives pour l’évaluation des risques et la surveillance environnementale. Une étude récente a montré que les particules des feuilles des plantes peuvent refléter dans une large mesure la composition des oligo-éléments toxiques présents dans l'environnement23. Néanmoins, il existe encore beaucoup de confusion concernant les particules foliaires et les oligo-éléments toxiques associés. Quelle est la composition des oligo-éléments toxiques dans les PM de différentes tailles retenus par les plantes ? Est-il possible que des espèces végétales affectent des PM de différentes tailles pour retenir les oligo-éléments toxiques ? Qui détermine la concentration en oligo-éléments toxiques dans les PM foliaires ?

Dans cette étude, six plantes en bordure de route ont été étudiées à Changsha, dans la province du Hunan, une ville subtropicale typique de Chine. Nous avons mesuré la teneur en PM dans différentes fractions granulométriques sur leurs feuilles et les oligo-éléments toxiques associés. Nous avons également analysé l'association entre les particules de différentes tailles et les oligo-éléments toxiques ainsi que la corrélation entre les oligo-éléments toxiques, ce qui est rarement observé dans les études précédentes. Les objectifs de cette étude étaient de (1) évaluer la capacité de différentes plantes à retenir des particules de différentes tailles ainsi que des oligo-éléments toxiques, (2) analyser les facteurs déterminants de la teneur en oligo-éléments toxiques dans les particules, et (3) révéler des associations potentielles entre les oligo-éléments toxiques et les particules. Nos résultats peuvent contribuer à la connaissance de la capacité des plantes communes en bordure de route à retenir les particules, les oligo-éléments toxiques et leurs associations potentielles dans la zone subtropicale. Simultanément, notre étude peut fournir une base théorique pour la configuration des plantes dans les ceintures vertes urbaines et l'application des plantes dans la surveillance environnementale. De plus, nos travaux peuvent offrir des perspectives innovantes pour l’étude des particules foliaires.