《Atmospheric Pollution Research》：Changes in chemical composition, risks and sources of PM
2.5 in an industrial City (2021?2023): The Impact of heating
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本研究系統評估了2021-2023年淄博市供暖與非供暖期PM2.5的化學組成、健康風險及污染源，發現供暖期PM2.5濃度顯著升高，二次組分比例下降，鎘、汞生態風險突出，砷、鉻（VI）、鎘具致癌風險，污染源以二次源為主，省際傳輸顯著，為北方工業城市空氣污染治理提供科學依據。
曾慶紅|紀圓圓|白文宇|徐波|韓金寶|耿春梅|楊文
中國環境科學研究院環境標準與風險評估國家重點實驗室，北京，100012，中國
摘要
盡管PM2.5濃度有所下降，但供暖對其化學成分變化及相關風險的影響仍不明確。本研究分析了2021年至2023年供暖期和非供暖期在淄博市收集的PM2.5樣本，以評估其成分變化、生態和人類健康風險以及來源。PM2.5的主要成分包括NO3–（30.4%–38.3%）、NH4+（16.2%–21.2%）、有機物（15.5%–22.9%）和SO42–（15.1%–16.7%）。供暖期間，所有成分的濃度均高于非供暖期，而PM2.5中二次成分的比例持續下降。鎘（Cd）和汞（Hg）具有極高的生態風險；砷（As）和六價鉻（Cr（VI）以及鎘對暴露人群存在致癌風險。供暖期間的生態和人類健康風險高于非供暖期，盡管兩者都呈現下降趨勢。PM2.5的主要來源是二次排放源（44.0%–58.3%）、車輛排放（10.8%–26.4%）、燃燒源（7.6%–13.2%）、工業排放（8.4%–21.1%）和灰塵（2.5%–9.0%）。供暖期間，二次排放源對PM2.5的貢獻減少，而燃燒源（1.8%–3.5%）和車輛排放（0.8%–3.4%）的貢獻增加。淄博市的PM2.5污染主要受省內及周邊地區排放的影響，供暖期間省內傳輸作用顯著。這些發現為北方工業城市供暖季節的空氣污染控制和健康風險管理提供了精確的科學依據和政策支持。
引言
PM2.5指的是空氣動力學直徑不超過2.5微米的顆粒物（世界衛生組織，2021年）。主要來源包括工業排放（Fang等人，2021年）、交通尾氣（Li等人，2022年）、建筑粉塵（Lv等人，2022年）和生物質燃燒（Zong等人，2016年）。它是最重要的空氣污染物之一，會損害空氣質量（Sharma等人，2020年）、降低大氣能見度（Tseng等人，2019年）并危害生態系統（Li等人，2021年）。PM2.5可進入人體呼吸系統，增加各種健康問題的風險（Sulaymon等人，2021年）。自20世紀80年代以來，美國和歐洲的PM2.5濃度有所下降；日本自2012年以來也呈現下降趨勢（Sharma等人，2020年）。中國自2013年實施《大氣污染防治行動計劃》后，年均PM2.5濃度從2013年的62微克/立方米降至2023年的30.0微克/立方米。然而，世界衛生組織2021年更新的空氣質量指南建議年均PM2.5濃度應為5微克/立方米（世界衛生組織，2021年）。大多數中國城市的PM2.5濃度仍超過這一推薦限值，每年因PM2.5導致的死亡人數超過一百萬（Zhu等人，2020年）。因此，全面評估PM2.5的化學成分、來源及相關健康風險對于進一步降低環境中的PM2.5水平至關重要。
PM2.5的化學成分復雜，主要由碳質成分、水溶性無機離子、有機物、地殼元素和痕量金屬組成（Xie等人，2020年）。這些成分的空間和時間變化受氣象條件、排放特性和二次形成過程的影響（Lv等人，2022年）。Liu等人（2018a）研究了北京PM2.5中重金屬的季節性變化，發現供暖期間的總重金屬濃度高于非供暖期。Shi等人（2024）研究了2016年中國春節期間昆明PM2.5的化學成分和來源，發現SO42–、NO3–和NH4+是主要成分，二次形成是主要來源。目前，常用的PM2.5來源識別方法包括主成分分析（PCA）、PCA/絕對主成分得分（PCA/APCS）模型、正矩陣分解（PMF）、Unmix和化學質量平衡方法（Liu等人，2018）。其中，PMF的結果通常比其他方法更準確（Liu等人，2018）。Zhan等人（2023）研究了2018年南京PM2.5的來源，確定二次無機氣溶膠、煤炭燃燒、工業活動和機動車排放及灰塵是主要貢獻者。
暴露模型被廣泛用于評估不同空氣污染水平下人群的健康影響（Fang等人，2021年）。長期暴露于PM2.5對心血管疾病死亡率的影響尤為顯著（Hayes等人，2020年）。盡管痕量金屬在PM2.5中占比很小，但吸入有毒金屬仍會帶來超出可接受閾值的健康風險（Fang等人，2021年）。人類健康風險評估廣泛用于評估PM2.5中有毒元素的非致癌和致癌風險（Hayes等人，2020年）。Wang等人（2025）研究了華北平原各城市PM2.5的季節性變化和健康風險，分析了2021年聊城的18種元素，發現冬季PM2.5濃度達到峰值，并確定鈷（Co）對當地居民具有致癌風險。
作為中國最大的城市群之一，淄博也是華北平原上的典型工業城市（Bai等人，2022年）。與依賴石油或煤炭的單一產業城市不同，淄博擁有多樣化的輕工業和重工業（如陶瓷和石化），使其成為高度污染的地區。這種多產業結構顯著增加了大氣中金屬元素的濃度，從而加劇了有毒金屬的健康風險。此外，與北京等以交通污染為主的城市不同，淄博的大氣同時受到密集工業排放和季節性燃煤供暖的影響。盡管已有研究分析了淄博的PM2.5污染特征和來源，但大多數研究都是短期的，且很少有研究全面評估PM2.5中有毒金屬元素的健康風險。因此，需要進一步研究淄博的PM2.5污染問題。本研究觀察了2021年至2023年10月至12月期間淄博市的PM2.5及其主要成分。分析了關鍵成分的動態變化模式，揭示了供暖的影響，并強調了PM2.5的生態影響及潛在的人類健康風險。利用PMF模型和潛在來源貢獻函數（PSCF）分析深入分析了各種污染源對PM2.5的貢獻。結果系統地評估了PM2.5的化學特性、來源和健康風險之間的關系，為其他工業城市的PM2.5控制策略提供了指導。
部分摘錄
地點和采樣
觀測在山東省淄博市的綜合大氣污染觀測站進行。2023年2月，觀測地點從 Luzhong 安全生產檢測中心三樓的屋頂（地址：淄博市張店區Sibaoshan街179號路；118.14°E, 36.86°N）遷至生態環境監測中心三樓的屋頂（地址：淄博市張店區Liuquan路222號；118.05°E, 36.82°N）
PM2.5成分特征
2021年非供暖期和供暖期的平均每小時PM2.5濃度分別為54.6±40.5微克/立方米和64.2±48.2微克/立方米，表明供暖期的濃度約為非供暖期的1.1倍（圖1）。2022年和2023年，供暖期的平均每小時PM2.5濃度分別是非供暖期的1.1倍和1.5倍。供暖期間，每小時平均PM2.5濃度從2021年的64.2±48.2微克/立方米上升到2023年的68.5±55.0微克/立方米
結論
本研究系統分析了2021年至2023年供暖期和非供暖期在淄博市收集的監測數據，探討了PM2.5的化學成分、健康風險和污染來源的時間變化。
觀測期間，淄博市PM2.5的主要成分包括NO3–（30.4%–38.3%）、NH4+（16.2%–21.2%）、有機物（OM）（15.5%–22.9%）和SO42–（15.1%–16.7%）。與2021–2023年的非供暖期相比，這些主要成分的濃度普遍
CRediT作者貢獻聲明
楊文：驗證、監督。紀圓圓：撰寫——審閱與編輯、概念構思。曾慶紅：撰寫——初稿、可視化、調查、數據整理。耿春梅：監督、方法論。韓金寶：可視化。徐波：軟件支持。白文宇：調查
未引用參考文獻
Qian等人，2025年；美國環保署，2024年。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
本工作得到了中央公益性科學機構的基礎研究資金（編號：2023YSKY-14）以及中國空氣污染控制關鍵問題國家研究計劃（編號：DGQQ202119和DQGG202137）的支持。
