韩国各地针叶树针叶与落叶树叶片中二噁英类化合物的同系物特异性分布及其潜在来源相关影响

《Environmental Pollution》：Congener-specific distribution of dioxin-like compounds and their potential source-related influences in coniferous needles and deciduous leaves across South Korea

　　

摘要

本研究评估了韩国各地针叶树叶和阔叶树叶中多氯代二苯并对二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）、多氯联苯（PCBs）和多氯萘（PCNs）的浓度水平及同系物特征，并利用国家环境标本库中存档的标本，考察了其潜在的来源相关影响。针叶树叶中 Σ₁₇ PCDD/Fs、Σ₃₀ PCBs 和 Σ₄₂ PCNs 的平均浓度显著高于阔叶树叶（分别为 3.72、408 和 73.9 pg/g 干重，而阔叶树叶分别为 0.34、120 和 6.71 pg/g 干重）。针叶树叶中的毒性当量（TEQs）显著高于阔叶树叶，其中针叶树叶的 TEQ 主要由 PCDD/Fs 主导，而阔叶树叶则主要由 dl-PCBs 主导，这反映了检测频率、季节性暴露时间以及化合物特异性分配行为的差异。优势同系物包括 PCDD/Fs 中的 OCDD、PCBs 中的 CB-118 和 PCNs 中的 CN-73。脂质含量与所有污染物组别呈强正相关，表明叶片中存在脂质驱动的积累作用，尽管脂质归一化显示不同化合物在分配行为上存在特异性差异。观测到的来源相关模式与工业燃烧和大气扩散输入的影响相符。与大气数据的比较显示，其空间分布和同系物特征一致，表明叶片负载反映了区域大气污染。这些发现表明，韩国的污染水平与全球中等工业化地区报道的水平相当，并强调了植被作为低成本工具在长期监测大气持久性有机污染物（POPs）方面的效用。

引言

多氯代二苯并对二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）、多氯联苯（PCBs）和多氯萘（PCNs）是二噁英类化合物，通过芳烃受体（AhR）发挥其毒性作用（Mandal, 2005）。由于具有持久性、生物富集潜力和毒性，PCDD/Fs 和 PCBs 于 2001 年被列入《斯德哥尔摩公约》，随后 PCNs 于 2015 年被列入。这些化合物既源于工业活动（Wu 等，2018；Xu 等，2020），也源于非故意的燃烧相关过程（Sakai 等，2001；Zhang 等，2022），确保了它们在大气中的持续存在。它们的环境持久性构成了严重的生态和人类健康风险，因为它们会在生态系统中生物富集，并可能引起致癌、内分泌和神经毒性作用（ATSDR, 2000; Fernandes 等，2022; Lei 等，2020）。因此，持续监测对于评估它们的分布、传输及其对人类和环境健康的长期影响至关重要。

森林在调节空气质量方面起着重要作用，并作为空气污染物的储存库。其茂密的树冠和广阔的表面积促进了空气中污染物（包括 POPs）的拦截（Gong 等，2021）。森林还通过森林过滤效应影响 POPs 的区域和全球循环（Wania 等，2020）。因此，森林不仅是生物多样性热点，也是环境健康的指示物。叶片作为大气与森林生态系统之间的主要界面，提供了一种有效且自然的手段来追踪大气 POPs，因为植物通过气 - 植传递和颗粒物沉降不断吸收和积累空气中的污染物（Bartrons 等，2016）。因此，叶片中的 POPs 浓度可用于评估森林水平的污染物积累，并识别空间和时间污染模式。针叶树叶和阔叶树叶已显示出作为监测 POPs 被动采样器的潜力，这得益于其独特的形态和化学性质（Deinum 等，1995; Odabasi 等，2015）。针叶树叶具有蜡质涂层和高脂质含量，为吸附和保留空气中的污染物提供了理想表面（Klánová 等，2009）。阔叶树叶在一个生长季节内整合污染物，使其适用于评估短期变异性（Gillooly 等，2016）。通过分析两种叶片类型中的 POPs 浓度，可以获得关于污染物分布、季节模式和长期大气暴露的全面信息。

为了利用这种自然采样能力，专门的程序和设施，如韩国国家环境标本库（NESB），在推进 POPs 监测工作方面发挥着关键作用。NESB 由韩国气候、能源和环境部下属的国家环境研究院（NIER）运营。它通过系统地收集和管理各种标本来补充基于森林的监测，包括树木和植物等陆生物种，淡水鱼类，以及贝类、软体动物和甲壳类动物等海洋生物。自 2009 年成立以来，NESB 标本支持了回顾性环境评估，包括对松针中多环芳烃（PAH）和重金属分布的调查（Chung 等，2018），利用黑尾鸥（Larus crassirostris）蛋档案进行的长期评估，例如 2012–2021 年间的汞污染监测（Kim 等，2024），以及 2012–2018 年间的全氟和多氟烷基物质（PFASs）及其替代品（Wang 等，2021）。自然采样与 NESB 的保存和分析能力的结合，为追踪和理解 POPs 提供了稳健的框架。该框架能够检测环境变化，并支持保护生态系统和人类健康的努力。

在本研究中，利用存储在 NESB 中的针叶树叶和阔叶树叶作为生物指示物，概述了韩国二噁英类化合物的空气污染状况。目标化合物为 17 种 PCDD/Fs、30 种 PCBs（包括 7 种指示性 PCBs 和 12 种二噁英类 PCBs）以及 42 种 PCNs。本研究的目标是：(1) 确定这些化合物在不同叶片类型中的水平；(2) 考察它们在针叶树叶和阔叶树叶之间分布的差异；(3) 评估其发生的潜在来源相关影响；(4) 评估这些叶片样本作为大气 POPs 生物指示物的适用性。

章节片段

研究区域与采样计划

NESB 一直定期从四种树木物种中采集样本：Pinus densiflora（赤松）、Pinus koraiensis（红松）、Quercus mongolica（蒙古栎）和 Zelkova serrata（榉树）。春季采集一年生的针叶；由于它们已经生长了大约一年，它们整合了多个季节的空气污染物，包括国内供暖排放较高的冬季。秋季采集阔叶树叶；其每年

PCDD/Fs

个体 PCDD/F 同系物的浓度见附表 S6。Σ₁₇ PCDD/Fs 的平均浓度在针叶树叶中（3.72 pg/g 干重）明显高于阔叶树叶（0.34 pg/g 干重），表明积累量更大。在同系物中，OCDD 在两种叶片类型中均为最丰富，这与澳大利亚（Müller 等，2001）和土耳其（Gülegen 等，2026）报道的植物中其占主导地位的情况一致。这种模式也与韩国

结论

针叶树叶和阔叶树叶中 PCDD/Fs、PCBs 和 PCNs 的浓度水平及同系物特征提供了关于韩国二噁英类化合物大气污染的综合见解。利用 NESB 中的标本，本研究证明了针叶树叶和阔叶树叶作为二噁英类化合物生物指示物的适用性。针叶树叶积累的浓度和 TEQs 高于阔叶树叶，并富集于高氯代

CRediT 作者贡献声明

Jung-Keun Oh：项目管理。Sung-Deuk Choi：写作 – 审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取。Soo Yong Lee：项目管理。Jangho Lee：项目管理。Sanjenbam Nirmala Khuman：写作 – 初稿，形式分析，概念化。Ho-Young Lee：写作 – 审阅与编辑，数据整理。Min-Kyu Park：数据整理。David Chung：项目管理。Hyeji Heo：数据整理

写作过程中生成式人工智能及人工智能辅助技术的声明

在准备本工作期间，作者使用了 ChatGPT (OpenAI) 和 Claude (Anthropic) 来改进稿件的语言和可读性。在使用这些工具之后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明

? 作者声明他们不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能被视为影响本文报告的工作。

致谢

本研究得到了由大韩民国气候、能源和环境部 (MCEE) 资助的国家环境研究院 (NIER) 拨款的支持 (NIER-2020-01-01-058)。

Sanjenbam Nirmala Khuman|Ho-Young Lee|Hyeji Heo|Min-Kyu Park|David Chung|Soo Yong Lee|Jangho Lee|Jung-Keun Oh|Sung-Deuk Choi

土木、城市、地球与环境工程系，蔚山科学技术院 (UNIST)，蔚山，44919，大韩民国