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葉面上の2つのPAHの光分解と生分解の役割。都市の樹木が提供する大気質生態系サービスへの影響のモデル化
Role of photo- and biodegradation of two PAHs on leaves: Modelling the impact on air quality ecosystem services provided by urban trees.
PMID: 32535463 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.139893.
抄録
都市の樹木は、大気質改善を含む重要な生態系サービスを提供している。多環芳香族炭化水素（PAH）は、その濃度と毒性の高さから、大気中の最も重要な汚染物質の一つである。植物は、PAHのフィルターとして、また汚染物質除去のための「化学反応器」として機能し、大気中の濃度を低下させることができる。ここでは、都市部の樹木の葉におけるPAH類の光分解と生分解の初の評価を紹介する。動的大気-植生-土壌モデル（SoilPlusVeg）を改良し、対照的な物理化学的特性を持つ2つの代表的なPAH（フェナントレンとベンゾ[a]ピレン）の運命をシミュレーションした。シミュレーションは、イタリアの2つの異なる環境シナリオ（コモとナポリ）を対象に実施した。落葉樹（カエデ、コーネル、ハシバミ）と常緑樹（ホルムオーク）の広葉樹を比較して、光分解と生分解が葉の濃度と大気と土壌へのフラックスに及ぼす影響を調べた。その結果、都市の樹木が提供する生態系サービスを評価する際には、フィラスフィアでの生分解を無視することはできないことが示された。そのプロセスは、PAH葉の濃度と大気や土壌へのフラックスの減少（平均25％まで）に大きく寄与していたが、その減少は時間の経過とともに大きく変動し（最大で2桁以上）、気象パラメータや空気区画構造、樹木の種類に依存していることが示された。これらの知見により、シミュレーションの生態学的リアリズムを改善し、食物連鎖移動や長距離輸送の可能性を含め、植物の葉による有機汚染物質の取り込みと放出を予測する際に、より正確な結果を得ることが可能となった。
Urban trees provide important ecosystem services, including air quality improvement. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are among the most important pollutants in air, due to their elevated concentrations and toxicity. Plants can act as filters of PAHs and as "chemical reactors" for pollutant removal, therefore reducing air concentrations. Here, the first assessment of photo- vs. biodegradation of PAHs on leaves of urban trees is presented. A dynamic air-vegetation-soil model (SoilPlusVeg) was improved to simulate the fate of two representative PAHs with contrasting physico-chemical properties (phenanthrene and benzo[a]pyrene). Simulations were performed for two different environmental scenarios from Italy (Como and Naples), selected for their dissimilar meteorological parameters, plant species and emission levels. The effect of photo- and biodegradation on leaf concentrations and fluxes towards air and soil was investigated comparing deciduous (maple, cornel and hazelnut) and evergreen (holm oak) broadleaf woods. The results showed that biodegradation in the phyllosphere could not be neglected when evaluating the ecosystem services provided by urban trees, as this process contributed significantly to the reductions (up to 25% on average) in PAH leaf concentrations and fluxes to air and soil; however, the reductions revealed ample variations with time (up to more than two orders of magnitude) showing the dependence on meteorological parameters, air compartment structure, as well as type of woods. These findings permitted to improve the ecological realism of the simulations and obtain more accurate results when predicting organic contaminant uptake and release by plant leaves, including potential for food chain transfer and long-range transport.
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