武汉大气细粒子的研究概况

周烽

摘要：指出了随着我国经济的高速发展，环境污染问题也越来越严重，其中一个重要污染为大气细颗粒物的污染，污染区域由发达城市（如北京、广州等）扩展到某些中心城市（如武汉、重庆等），对武汉的细颗粒物的研究概况进行了综述，主要包括细粒子污染危害、化学组分及来源分析等，以期提供参考。

关键词：武汉； 大气颗粒物； 细粒子； PM2.5； 研究

中图分类号：X511

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12003804

1大气颗粒物概述

随着我国经济的发展与城市化进程的加快，我国大气污染情况和性质也在发生显著的变化，总体上表现为传统污染物SO2（二氧化硫）和TSP（总悬浮颗粒物）污染得到一定控制，NOX浓度有上升趋势，大气可吸入颗粒物PM10成为我国大部分城市的首要大气污染物[1]，这些污染物影响人体健康、大气能见度和地球辐射平衡，同时也是大气化学反应的良好载体。一些城市和地区的研究表明，我国大气污染正在朝着以大气O3（臭氧）和大气细粒子PM2.5为特征的复合性大气污染的方向发展，其中颗粒物细粒子是大气复合污染的关键污染物。

大气颗粒物是指分散在大气中的固态或者液态颗粒状物质。大气颗粒物包括总悬浮颗粒物TSP（空气动力学直径≦100 μm的大气颗粒物，在美国则是指粒径为0～30 μm）和可吸入颗粒物PM10（即空气动力学直径≦10 μm的颗粒物）。按照粒径大小划分，PM10又可分为细粒子PM2.5（空气动力学直径≦2.5 μm）和粗粒子（空气动力学直径介于2.5～10 μm）[1]。发达国家从20世纪80年代就开始PM2.5的研究[2～11]，1997年，美国首次发布了空气质量标准的PM2.5的日均值和年均值。随后澳大利亚、亚洲国家也相继发布了PM10与PM2.5的空气质量标准。2000年后，我国主要城市陆续开始了PM10数据的监测，对于PM2.5的接触较晚，尚处于研究阶段[12～20]。

2武汉大气细粒子的研究

2.1细粒子对环境及人体影响的研究

大气颗粒物对大气环境及人体健康具有重要的影响。对于大气环境，大气颗粒物通过参与大气环境中的反应，进而影响和调节全球气候，不同化学组成及其中化学组分的粒径分布还会产生不同的影响。如大气颗粒物作为云凝结核使行星反照率增加2%，会有效补偿温室气体排放双倍增长而导致全球变暖[21]。大气颗粒物，尤其是粒径接近可见光波长的细粒子，可以散射和吸收太阳光（称消光效应）。不同地区颗粒物散射和吸收效应存在一定的差异。

粒径范围为0.1～1 μm的细粒子对能见度的影响最大[22]。沈龙娇等[23]于2013年1月1日～2013年1月31日对武汉市大气能见度、PM2.5进行监测，结果表明PM2.5对能见度的影响最大，不同的相对湿度下，武汉市PM2.5對能见度的影响不同。对于人体健康，大气颗粒物可以通过呼吸系统进入人体，不同粒径的颗粒物在呼吸系统的不同位置沉积，颗粒物上的有毒有害物质可以被体液及人体组织吸收，对人体健康造成危害。粒子越小，比表面积越大，就越容易吸附的有害物质，也越容易被吸入支气管和肺部[23]。研究表明，长期暴露在高浓度颗粒物中导致心脏病和呼吸疾病的概率增加，甚至死亡率升高[24]。苑晓燕等[25]于2011年5月13日至5月27日在汉口江滩采集PM2.5样本，经超声洗脱、冷冻干燥收集PM2.5。在细胞毒性评价中，采用MTT法评价PM2.5对细胞存活的影响。结果表明汉口PM2.5具有明显的细胞毒性和体外胚胎发育毒性。李利忠等[26]采集武汉市汉口和汉阳地区的PM2.5样本，以超声水提法提取水溶性组分用于遗传毒性评价。结果表明汉口和汉阳地区的PM2.5均可引起Beas-2B细胞微核率升高和细胞DNA损伤，表明这两地区的PM2.5在一定剂量水平下具有遗传毒性。储海燕等[27]采用全基因组的方法来确定可能促进PM2.5对人类肺毒性作用的基因和通路，将人支气管上皮细胞暴露于不同浓度收集于武汉地区的PM2.5，结果表明PM2.5会降低人支气管上皮细胞的存活率，并且具有剂量效应关系。陈玉平[28]对武汉市汉阳和汉口地区进行连续一年的环境空气颗粒物监测，结果表明武汉市环境空气颗粒物污染严重，通过对武汉社区和某陶瓷企业特定人群进行肺功能测定，结果也说明了高水平颗粒物对肺功能损伤更为严重。通过这些研究，可以看出细颗粒物不仅对环境空气乃至人体都造成了不好的影响，而弄清楚细颗粒物的组成及来源等可以采取措施降低与减少其对人们生活造成的不良影响。

2.2细粒子化学成分与来源分析的研究

细颗粒物的来源非常复杂。其形成方式主要有两种：①污染源直接排放的一次粒子，如风砂、岩石风化、火山爆发、森林火灾等燃烧过程、海水溅沫和生物排放等；②大气环境中的气态污染物在漂浮过程中经过太阳辐照过其他化学反应生成的二次粒子。宋宇等[29]利用PMF方法对北京大气细颗粒物进行了源解析，研究显示大气细颗粒物主要六类来源：地面扬尘、建筑源、生物质燃烧、二次源、机动车排放和燃煤，此外还包含一些未知来源。不仅来源复杂多样，化学组成也十分复杂，主要包括水溶性离子（如K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO-3、NO-2、SO2-3和SO2-4等）、含碳组分（有机碳和无机碳）和无机元素（铜、锌、铅等），不同来源的粒子组成相差很大：如来自地表土和由污染源直接排入大气中的粉尘等一次污染物往往含有大量的Fe、Al、Si、Na、Mg、Cl和Ti等元素，来自二次污染物的气溶胶粒子则含有大量的硫酸盐、铵盐和有机物等[30～33]。武汉地区关于细颗粒化学成分与来源方面也做了一些研究，陈楠等[34]基于2012～2014年湖北省环境空气质量监测统计数据，利用ArcGIS软件分析湖北省大气颗粒物污染空气间分布特征，研究发现武汉、荆州、宜昌3个城市PM2.5与PM10、SO2、NO2、CO均呈较高的正相关性；吴国平等[35]以武汉市X荧光光谱分析为例，介绍了粗、细颗粒物中的质量谱及富集特征，分别在武汉、广州、兰州、重庆各市的城区和郊区设点采样分析，结果表明42种元素的质量浓度及元素的富集特征与武汉市的基本类似，但各有其特点，结果见表1。魏复盛等[36]对1995～1996年在广州、武汉、兰州、重庆4个城市8个采样点的监测结果进行分析，1995年PM2.5年均浓度为57～160 μg/m3，比美国1997年颁布的标准值（15 μg/m3）高2.8～9.7倍，结果如表2所示。利用XRF分析了PM2.5中42种化学元素，结果表明，燃煤、燃油和其它工业污染的元素As、Pb、Se、Zn、Cu、Cl、Br、S在这些颗粒物中有明显富集，特别在PM2.5中富集倍数达数十倍至数万倍，对人体危害极大。王明毅等[37]分析了武汉城区春节PM2.5中水溶性无机离子污染特征，结果表明PM2.5的浓度峰值分别出现在除夕、元宵节等烟花爆竹集中燃放日，SO2-3、NO-3和NH+4是PM2.5中的主要水溶性无机离子。董欣等[38]采用CMB（化学质量平衡）模型，对武汉地区可吸入小颗粒物来源进行分析，结果表明武汉市可吸入细颗粒物主要来源于生物质燃烧和城市路尘，具有影响范围大等特性。通过对细颗粒物化学组成及来源的研究分析，可以应对不同类型的细颗粒物采取相应的措施，以控制和减少其在环境空气中的浓度，改善人们居住的环境空气质量水平[35，36]。

2.3細粒子其它方面的研究

由于细颗粒物的复杂多样性及其对外界造成的负面影响，越来越多的受到大众的关注，除了一些常规的研究如浓度水平、危害性、化学成分及来源等，还进行了一些其它方面的分析。如陈楠等[39]对湖北省PM2.5进行时空分布特征研究，基于2012～2014年湖北省大气污染物监测数据，利用ArcGIS绘制出城市不同年份的颗粒物浓度空间分布图，并对其进行分析，结果表明武汉、黄冈和天门3个城市颗粒物浓度2014年较2013年有所下降，且武汉市PM2.5浓度下降率达12.8%；陈楠等[40]研究灰霾期间武汉城市区域大气污染物的理化特征，得出2013年1月连续灰霾日污染组分主要来自当地排放，并受当地气象条件影响；姬露露等[41]研究PM2.5污染特征及诱因对比分析，于2013年11月至2014年2月中旬对武汉等六大中心城市PM2.5指标进行统计，结果表明产业结构等内在在因素对PM2.5污染的影响显著，充沛地形等外在因素是导致地区PM2.5严重超标的重要原因。

3结论

随着我国经济的快速发展，人们生活水平不断提高的同时，环境污染问题也越发凸显出来，污染地区由京津冀、长三角和珠三角等地区向中心城市（如武汉、重庆等）扩展，污染形式正在向区域复合污染的方向发展，而大气细粒子是大气复合污染的关键污染物；一些科研团队对武汉地区的大气细颗粒物也做相应的研究工作（如危害性研究、组分及来源研究、时空分布分析等），不断深入研究大气细颗粒物污染特征、生成机理、来源解析和健康影响机理等，最终的目的是希望找到有效的大气细粒子污染控制措施来控制环境污染、改善大气环境质量、提高人民健康水平。

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