北京市春季PM2.5中金屬元素污染特征及來源分析

熊秋林，趙文吉*，王皓飛，趙佳茵，汪涵涵，孫春媛，張騫中

北京市春季PM2.5中金屬元素污染特征及來源分析

熊秋林1，趙文吉1*，王皓飛1，趙佳茵2，汪涵涵1，孫春媛1，張騫中1

1. 首都師范大學資源環境與旅游學院城市環境過程與數字模擬國家重點實驗室培育基地，北京 100048；2. 北京大學環境科學與工程學院，北京 100871

PM2.5是我國大部分城市大氣環境中的首要污染物。PM2.5中的金屬元素尤其是重金屬，其質量濃度超標會引發生態環境風險及人體健康風險。為了研究北京市春季大氣PM2.5中金屬元素污染狀況及其來源，于2015年5月同步采集了北京城區及郊區大氣PM2.5樣品13份。用Elan DRC II型電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）測試了樣品中的15種金屬元素質量濃度，測試結果表明，Na和Ca占比最高，兩元素質量濃度之和占元素總質量濃度的72.23%（城區）和71.96%（郊區）；Mg、A l、Fe、K占比較高，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的25.84%（城區）和26.35%（郊區）；北京城區PM2.5中大部分元素質量濃度較郊區均有所下降，而Zn、Ni、Cu 3種重金屬質量濃度表現為城區明顯高于郊區。北京城區白天PM2.5中大部分元素質量濃度較夜晚均有所下降，而Ba、Fe、Pb 3種重金屬質量濃度表現為白天略高于夜晚。富集因子分析表明，2015年春季北京PM2.5中Fe、Al、K、Ba、Mn、Cr的EF值均在1～10之間，為輕度富集；Mg、Ca、Na、Cu、Pb的EF值均在10～100之間，為中度富集；Mo的EF值超過了1000，為超富集。由Pearson相關分析、因子分析結果以及污染源排放的特征元素判斷，北京春季PM2.5中金屬元素主要有三大來源，分別為地殼來源（土壤塵和建筑塵）、冶金源和機動車源。關鍵詞：細顆粒物；金屬元素；富集因子分析；Pearson相關分析；因子分析

引用格式：熊秋林， 趙文吉， 王皓飛， 趙佳茵， 汪涵涵， 孫春媛， 張騫中. 北京市春季PM2.5中金屬元素污染特征及來源分析［J］.生態環境學報， 2016， 25（7）： 1181-1187.

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空氣污染問題已經成為全球性環境問題，而我國已是世界空氣污染，尤其是細顆粒物（PM2.5）污染最嚴重的地區之一（Kan et al.，2012）。PM2.5不僅會使大氣能見度降低，嚴重影響城市交通和居民出行，其攜帶的有毒有害重金屬更會對人體健康造成巨大危害（譚吉華等，2013）。早在上世紀80年代就有中國學者開展了城市大氣顆粒物中重金屬元素分布規律的研究（季廷安等，1987）。近年來，已有大批學者對中國大氣顆粒物中的主要重金屬元素Pb、V、As、Mn、Ni、Cr和Cd的污染水平、季節變化、南北方差異、粒徑分布、化學形態等污染特征進行研究（楊復沫等，2003；Schleicher et al.，2011；Li et al.，2013a，2013b；Pan et al.，2015）。此外，來源解析（宋宇等，2002；Stortini et al.，2009；Song et al.，2012；Duan et al.，2012）和健康風險評估（林海鵬等，2012；李友平等，2015）是目前大氣顆粒物重金屬研究的兩大熱點。常用的研究方法主要有富集因子法、主成分分析法、因子分析法以及氣團后向軌跡分析法（陳培飛等，2013）。

近幾年隨著環境治理提上議事日程，北京地區的大氣顆粒物及其重金屬污染問題受到大眾的日益關注，相關領域的學者們已經開展了大量的研究工作。呂森林等（2006）研究發現北京不同季節PM10中金屬元素總量差別較大，春季最高，秋季最低；地殼元素A l、Si、Mg、Ca、Fe等的質量濃度在春季最高，人為污染源的元素S、Cl、Zn的質量濃度則在冬季達到最大值。張小玲等（2010）對比分析了北京城區和遠郊區PM2.5元素特征，采樣分析結果表明城區元素的質量濃度均高于郊區元素。Li et al.（2012）分析了北京2008年奧運會期間不同粒徑顆粒物的化學組分，研究發現地殼元素占微量元素的大部分，有毒重金屬元素主要存在于細粒子中，而地殼元素，如鋁、鐵、鈣、鎂和鋇，主要存在于粗粒子中。于揚等（2012）研究發現北京市PM2.5中的重金屬元素含量及富集特征在不同年份、不同季節差別較大，典型的城市污染元素As在冬季質量濃度最高；化學分析結果顯示人為污染是PM2.5中Cu、Cd、Pb、Zn和As等重金屬污染的主要來源，應用主因子分析法確定的北京PM2.5的3種可能來源分別是交通排放、工業排放和燃煤。馬艷華等（2013）探討了北京PM2.5重金屬元素的空間分布，研究發現重金屬種類與含量在區域及局部環境中的差異較大。王晴晴等（2014）采集并分析了2011年冬季北京PM2.5樣品中水溶性重金屬（As、Cd、Cr、Cu、Mn、Pb和Zn等）的濃度，研究結果表明，采樣期間水溶性重金屬濃度較高，Cd和水溶性As平均濃度超過環境空氣中的濃度限值。上述研究對于了解北京PM2.5重金屬元素污染季節變化及其來源具有很好的借鑒意義，然而對于春季城區與郊區的比較研究相對較少。

為了研究北京市春季（城區與郊區，白天和夜晚）PM2.5中金屬元素質量濃度及污染特征，于2015年5月在北京城區和郊區分別設置采樣點（首都師范大學校本部和良鄉校區）采集PM2.5樣品，系統分析了北京城區和郊區春季PM2.5中金屬元素質量濃度、污染水平及其來源。

1　材料與方法

1.1采樣方法

1.1.1采樣地點

（1）城區采樣點：北京市海淀區首都師范大學校本部（39°57′N，116°17′E）三維重點實驗室樓頂（離地面高度約10 m），周圍3 km以內為10～50 m高的建筑群，周邊環境基本代表了北京城區的典型環境。

（2）郊區采樣點：北京市房山區首都師范大學良鄉校區（39°43′N，116°10′E），采樣點設在良鄉校區科技樓樓頂（距離地面約20 m），周圍500 m范圍內無高大建筑物和大型工廠企業，無單一特定污染源的影響，可代表北京郊區的典型環境。

1.1.2采樣儀器

首都師范大學校本部利用美國Tisch Environmental，Inc.（TEI）公司的大流量PM2.5采樣器TE-6070DV（流量1.13 m3·m in-1）采集城區PM2.5樣品；首都師范大學良鄉校區利用美國BGI公司的PQ200環境級精細顆粒物采樣器（流量16.7 L·m in-1）采集郊區PM2.5樣品；兩臺采樣器均是美國進口的符合EPA標準的PM2.5采樣器。

1.1.3采樣時間

采樣時間為2015年5月25—30日，利用TE-6070DV和PQ200采樣器同步采集北京城區和郊區PM2.5樣品，每次采樣均為12 h連續采樣（白天采樣時間為當日09：00—21：00；夜晚采樣時間為當日21：00—次日09：00）。采樣濾膜為Whatman公司的203 mm×254 mm石英超細纖維濾膜（大流量采樣器）以及直徑為47 mm石英超細纖維濾膜（中流量采樣器）。使用前均嚴格按照環境空氣顆粒物采樣技術要求準備好采樣濾膜。采樣前后將濾膜放置于恒溫恒濕箱平衡24 h后使用1/105精度的電子天平（TB-215D型，美國丹佛）進行稱量，稱量操作均在特設的潔凈天平室中完成。樣品空白為除不參與采集PM2.5外，其余過程完全相同的空白濾膜。2015年春季共采集了13個有效樣品。

1.2分析方法

采用重量法對PM2.5的質量濃度進行測定，采用ICP-MS測定PM2.5樣品中金屬元素質量濃度。

1.2.1樣品前處理

測定PM2.5中金屬及其他無機元素時，采用微波消解的方法處理樣品膜：在整張石英樣品膜上切割下部分采樣膜（約為總樣品采樣面積的1/4），用塑料剪刀剪碎，置于50 m L聚四氟乙烯消解罐中。本研究使用HNO3-HCl-HF消解體系，樣品全部浸沒。樣品消解結束后，待消解罐冷卻后將消解液過濾至50 m L聚四氟容量瓶中，高純水定容至50 m L，后置于50 m L藥用聚四氟小瓶中保存。實驗過程中用空白濾膜做對照實驗，并用消解液做空白實驗。該消解方法已被成功應用在田世麗（2014）、孫穎等（2011）的研究中。

1.2.2樣品分析

通過美國電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS）測定北京城區和郊區PM2.5樣品中15種化學元素（Pb、As、Cu、Ni、Fe、Mn、Cr、Ca、K、A l、Mg、Na、Zn、Mo、Ba）的質量濃度。配制標準溶液系列50、10、2、0.5 ppb繪制標準曲線。標準溶液系列由多元素標準儲備液用5%硝酸溶液逐級稀釋而成，配好的混合標準溶液裝于聚四氟乙烯瓶中并保存于4 ℃冰箱中。用內標法測定各元素質量濃度。

ICP-MS檢測內標溶液為Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi等7種元素混合溶液（10 μg·mL-1，Internal Standard M ix），內標使用液的濃度為50 ppb，配置完成后裝于聚四氟乙烯瓶中并保存于4 ℃冰箱中，分析過程中儀器自動在線加入所有的空白溶液、標準溶液和樣品溶液，節省內標物質，保證了內標物在分析過程中的穩定性。ICP-MS法可以實現多元素分析，具有靈敏度高、檢出限低，分析取樣量少等優點，可同時測量周期表中大多數元素，測定分析物質量濃度可低至1 ng·L-1的水平。樣品分析過程中測試了空白膜樣品的元素質量濃度并進行了空白扣除。

1.2.3質量控制

采樣過程中的質量控制如下：

（1）采樣前，需要對儀器進行清潔，特別是其粒徑切割器部分（在使用過程中或是存放過程中，切割器可能會沉積雜質或是灰塵，會對采樣產生影響）；此外，檢查抽氣泵的碳刷是否需要更換，并對采樣儀器進行流量校正。

（2）每次更換濾膜時，檢查采樣濾膜，確保沒有缺損、污染等；并用無水乙醇清洗濾膜夾。

（3）樣品采集期間，核查采樣的流量記錄情況，遇到突然斷電或是流量記錄不穩定的情況，及時處理并詳細記錄；避免在雨、雪天氣及大風等非正常天氣狀況采樣。

（4）樣品采集完成后進行妥善保存，防止傳輸或是存放過程中樣品損壞或損失。

2　結果與討論

表1　采樣期間北京天氣狀況Table 1　Beijing weather conditions during sampling

表2　北京白天PM2.5中元素質量濃度（ng·m）和組成百分比（%）Table 2　M ass concentrations （ng·m-3） and fractions （%）of the elem ents in PM2.5

表3　北京城區PM2.5中元素質量濃度（ng·m-3）和組成百分比（%）Table 3　Mass concentrations （ng·m-3） and fractions （%） of the elements in PM2.5

2.1PM2.5中金屬元素的濃度水平

采樣期間（2015年5月25—29日），北京天氣狀況如表1所示。北京市34個大氣環境監測站點（第20號監測點“前門東大街”缺失數據）PM2.5質量濃度均值分別為102.4 μg·m-3（25日）、88.8 μg·m-3（26日）、92.2 μg·m-3（27日）、113.7 μg·m-3（28日）和61.0 μg·m-3（29日），除29日外 ，其余4天均超過大氣環境國家二級標準限值，呈現出輕度污染。

2015年春季北京城區和郊區，白天和夜晚PM2.5中15種元素的質量濃度平均值和組成百分比（本文中元素組成百分比為該元素質量濃度占15種測量元素總質量濃度的比例）見表2和表3。由表2可知，在2015年春季，白天城區PM2.5中各元素質量濃度大小順序為Na＞Ca＞Mg＞Al＞Fe＞K＞Mo＞Zn＞Pb＞Cu＞Mn＞ Ba＞Cr＞As＞Ni；白天郊區PM2.5中各元素質量濃度大小順序為Na＞Ca＞Mg＞A l＞Fe＞K＞Mo＞As＞Pb＞Zn＞Mn＞Ba＞Cr＞Cu＞Ni。該結果與宋宇（2002）等人的研究結論（不考慮燃煤源，Na質量濃度與Ca相當，但高于Mg、A l、Fe）基本一致。由此可見，從質量濃度上看，2015年春季城區和郊區白天PM2.5中15種元素質量濃度大小排序稍有差別；但從元素組成上看，無論是城區還是郊區，PM2.5中元素組成百分比都具有較高的一致性：Na和Ca占比最高，兩元素質量濃度之和占元素總質量濃度的72.23%（城區）和71.96%（郊區）；Mg、A l、Fe、K占比較高，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的25.84%（城區）和26.35%（郊區）。城區Mo、Zn、Pb、Cu、Mn占比較低，這5種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的1.72%；Ba、Cr、As、Ni占比最低，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的0.2%；郊區M o、As、Pb、Zn、Mn占比較低，這5種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的1.51%；Ba、Cr、Cu、Ni占比最低，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的0.183%。此外，城區與郊區春季PM2.5中M g、K、Cr、Ca、A l、Na、Fe、Mn、Mo、Ba、Pb等11種元素質量濃度比率的變化范圍在0.7～0.95之間，說明城區PM2.5中大部分元素質量濃度較郊區均有所下降，下降幅度在5%～30%之間。As的城區與郊區質量濃度比率極低，僅為0.03。以上12種金屬元素的分析結果與張小玲等（2010）的采樣分析結果（城區元素的質量濃度均高于郊區元素）差異較大。而城區Zn、Ni、Cu質量濃度分別較郊區高出173%、359%、497%，說明城區Zn、Ni、Cu 3種重金屬質量濃度明顯高于郊區，與張小玲等（2010）的采樣分析結果一致。

由表3可知，在2015年春季城區夜晚PM2.5中各元素質量濃度大小順序為Na＞Ca＞Mg＞Al＞K＞Zn＞Fe＞Mo＞Pb＞Cu＞Mn＞Ba＞Cr＞Ni＞As。無論是白天還是夜晚，PM2.5中元素組成百分比都具有較高的一致性：Na和Ca占比最高，兩元素質量濃度之和占元素總質量濃度的72.23%（白天）和70.59%（夜晚）；Mg、A l、Fe、K占比較高，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的25.84%（白天）和24.83%（夜晚）。白天M o、Zn、Pb、Cu、M n占比較低，這5種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的1.72%；Ba、Cr、As、Ni占比最低，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的0.2%。夜晚，Zn占比較高，占元素總質量濃度的3.47%；Mo、Pb、Cu、Mn占比較低，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的1.12%；Ba、Cr、Ni、As占比最低，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的0.19%。此外，城區白天與夜晚春季PM2.5中Zn、Cu、Ni、K、Cr、Ca、M g、Mn、Na、A l、As等11種元素質量濃度比率的變化范圍在0.15～0.98之間，說明白天PM2.5中大部分元素質量濃度較夜晚均有所下降，下降幅度在2%～85%之間，其中白天Zn質量濃度明顯低于夜晚。M o質量濃度表現為白天與夜晚相當，無明顯變化。白天Ba、Fe、Pb質量濃度分別較夜晚高出4%、8%、13%，說明白天Ba、Fe、Pb 3種重金屬質量濃度略高于夜晚。

2.2PM2.5中元素的富集特征

富集因子法是用于研究大氣顆粒物中元素的富集程度以及判斷、評價元素的自然來源和人為來源的普遍方法（楊復沫，2003；宋宇，2002；王晴晴，2012；李友平，2015；李麗娟，2014）。富集因子（Enrichment Factor，EF）的計算公式為：

式中，Ci為研究元素的質量濃度；Cn為所選參比元素的質量濃度；（Ci/Cn）sample和（Ci/Cn）background分別為環境樣品和土壤背景中研究元素與參比元素質量濃度的比值。參比元素的選擇要求不易受環境與分析測試過程的影響，性質比較穩定。由于Fe在土壤中比較穩定，人為污染較小且在PM2.5中也普遍存在，因此本研究選擇Fe為參比元素。各元素的背景值取中國土壤平均值（中國環境監測總站，1990）。一般而言，PM2.5中某元素的EF值的大小不僅可以反映出PM2.5中元素的富集程度，還可定性判斷和評價PM2.5中元素的初步來源及其對污染的貢獻。根據PM2.5中元素的EF值的大小，本研究將PM2.5中元素的富集程度分為5個級別，具體分級情況見表4。北京城區和郊區春季PM2.5中各元素的富集因子（EF）計算結果見表5。

表4　EF與PM2.5中元素的富集程度的關系Table 4　Relationships of EF and enrichment degree of the chemical elements in PM2.5

由表5可知，As的EF值由郊區的302.8降為城區的14.9，富集程度由高度富集降為中度富集；Ni的EF值由郊區的0.9升為城區的6.8，富集程度由基本無富集升為輕度富集；Zn的EF值由郊區的14.8升為城區的223.1，富集程度由中度富集升為高度富集。由此說明，雖然2015年春季北京城區PM2.5中As的富集程度較郊區有明顯減輕，但是Ni和Zn兩種元素的富集程度較郊區有明顯上升，尤其是Zn處于高度富集水平。除As、Ni和Zn外，2015年春季北京城區和郊區PM2.5中各元素的EF對應的等級和富集程度均表現出一致性：PM2.5中A l、K、Ba、Mn、Cr的EF值均在1～10之間，為輕度富集，說明它們部分來源于地殼或土壤，部分來源于人為污染；Mg、Ca、Na、Cu、Pb的EF值均在10～100之間，為中度富集，說明它們主要來自于人為污染；Mo的EF值均超過了1000，為超富集，說明不管是在北京城區還是郊區PM2.5中的Mo污染已經非常嚴重，主要來源于人為污染，受土壤、揚塵的影響很小。與楊復沫（2003）等人的研究結果相比，近年來Pb、Mn等重金屬的EF值顯著下降，說明Pb、Mn等重金屬的人為污染程度有所降低。

2.3PM2.5中元素的來源分析

2.3.1PM2.5中金屬元素的相關分析

運用統計軟件SPSS對北京PM2.5中Pb、As、 Cu、Ni、Fe、Mn、Cr、Ca、K、Al、Mg、Na、Zn、M o、Ba等15種元素進行相關分析。用直方圖檢驗對變量進行正態分布檢驗發現，15種元素呈正態分布。因此對15種元素進行Pearson相關分析（表6）。從 Pearson積矩相關系數可知，Ca、K、Al、Mg、Na、As，Fe、Mn、Cr、M o、Ba，Cu、Ni、Zn 這3組元素分別在置信度為0.01或0.05時兩兩間呈現極顯著相關，說明3組金屬元素（Ca、K、A l、Mg、Na、As，Fe、Mn、Cr、Mo、Ba，Cu、Ni、Zn）分別來自3類不同的來源。Pb僅與Mn在置信度為0.01時極顯著相關，與其他元素相關性不顯著，說明Pb來自另外一種污染源。

表5　北京城區和郊區PM2.5中各元素的富集因子（EF）計算結果Table 5　 Enrichment factors （EF） of elements in PM2.5

表6　PM2.5元素含量的Pea rson相關矩陣Table 6　Pearson Correlation matrix of element concentration in PM2.5

表7　主成份解釋的總方差Table 7　The total variance of principal components explained

2.3.2PM2.5中金屬元素的因子分析

因子分析最常用的分析方法是主成分分析法，熊秋林等（2015）利用主成份分析法識別了北京城區冬季降塵的來源主要由地殼來源和化石燃料燃燒構成。為了研究2015年春季北京PM2.5中Pb、As、Cu、Ni、Fe、Mn、Cr、Ca、K、A l、Mg、Na、Zn、Mo、Ba等15種元素的來源，對各金屬元素進行主成分因子分析，根據特征向量選取準則（特征值＞1.0），共提取3個主成分，見表7和表8。從表7可知，這3個主成分可以解釋原始變量的84.031%，其中第一主成分占解釋變量的58.583%；提取的3個主成分代表了2015年春季北京PM2.5中金屬元素的主要來源。經最大公差旋轉后，各主成分因子負荷矩陣見表8。

從表8可知，第一主成分主要由Na、Mg、A l、K、Ca、Fe、Cr、Mn、As、Mo和Ba構成，其因子負荷分別為0.83、0.87、0.88、0.77、0.89、0.78、0.77、0.74、0.86、0.83和0.80；第二主成分主要由Pb和Mn構成，其因子負荷分別為0.68和0.64；第三主成分主要由Cu構成，其因子負荷為0.61。因子分析結果表明，2015年春季北京PM2.5中金屬元素主要有三類污染源，與Pearson相關分析結果較為一致。PM2.5中元素組成與其來源相關，通過對比各類污染源排放的特征元素與PM2.5中元素成分，可進一步判斷和分析PM2.5的來源（Song，2012；Gao，2014），各類污染源排放的特征元素見表9。對比分析染源排放特征元素和因子分析結果可知，第一主成分以常量金屬Ca、A l、M g、Fe以及重金屬Cr、Mn、Mo等為代表，主要代表了地殼來源（包括土壤塵和建筑塵）以及冶金源；第二主成分主要由Pb和Mn構成，主要代表了機動車源和冶金源；第三主成分主要由Cu構成，代表了冶金源。由此說明，北京春季PM2.5中金屬元素主要有三大來源，分別為地殼來源（土壤塵和建筑塵）、機動車源和冶金源。

表8　PM2.5微量元素的成份矩陣Table 8　Component matrix of the PM2.5trace elements

表9　各類污染源排放的特征元素Table 9　Characteristic elements of the various pollution sources emission

3　結論

（1）2015年春季北京城區和郊區白天PM2.5中元素組成百分比具有較高的一致性：Na和Ca占比最高，兩元素質量濃度之和占元素總質量濃度的72.23%（城區）和71.96%（郊區）；M g、Al、Fe、K占比較高，這4種元素質量濃度之和占元素總質量濃度的25.84%（城區）和26.35%（郊區）。北京城區PM2.5中大部分元素質量濃度較郊區均有所下降，下降幅度在5%～30%之間；而Zn、Ni、Cu 3種重金屬質量濃度表現為城區明顯高于郊區。

（2）北京城區春季白天與夜晚PM2.5中Zn、Cu、Ni、K、Cr、Ca、Mg、Mn、Na、A l、As等11種元素濃度比率的變化范圍在0.15～0.98之間，說明白天PM2.5中大部分元素質量濃度較夜晚均有所下降，下降幅度在2%～85%之間，其中白天Zn質量濃度明顯低于夜晚，而Ba、Fe、Pb 3種重金屬質量濃度表現為白天略高于夜晚。

（3）富集因子分析表明，2015年春季北京PM2.5中Fe、A l、K、Ba、Mn、Cr的EF值均在1～10之間，為輕度富集，說明它們部分來源于地殼或土壤，部分來源于人為污染；Mg、Ca、Na、Cu、Pb的EF值均在10～100之間，為中度富集，說明它們主要來自于人為污染；Mo的EF值均超過了1000，為超富集，說明不管是在北京城區還是郊區PM2.5中的Mo污染已經非常嚴重，主要來源于人為污染，受土壤、揚塵的影響很小。

（4）由Pearson相關分析、因子分析結果以及各類污染源排放的特征元素判斷和分析得出，北京春季PM2.5中金屬元素主要有三大來源，分別為地殼來源（土壤塵和建筑塵）、機動車源和冶金源。

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Pollution Characteristics and Source Analysis of Metal Elements in PM2.5during Spring in Beijing

XIONG Qiulin1， ZHAO Wenji1*， WANG Haofei1， ZHAO Jiayin2， WANG Hanhan1，SUN Chunyuan1， ZHANG Qianzhong1
1. Urban Environmental Process and Digital Modeling Laboratory， school of Resources， Environment & Tourism，Capital Normal University， Beijing 100048， China；2. College of Environmental Sciences and Enginnering， Peking University， Beijing 100871， China

PM2.5is the primary pollutant in atmospheric environment of most cities in China. Metal elements， especially heavy metals， in PM2.5can harm ecological environment and human health. In order to study characteristics of metal elements and their sources in spring atmospheric PM2.5， 13 PM2.5samples werecollected in Beijing City and suburban in May 2015. Then， 15 metal elements' concentrations were measured by Elan DRC II type inductively coupled plasma mass （ICP-MS）. The results show that concentrations of Na and Ca were the highest， accounting for 72.23% of those of total elements （in urban area） and 71.96% （in suburb）； concentrations of Mg， Al， Fe， K were the second highest， accounting for 25.84% of those of total elements （in urban area）and 26.35% （in suburb）. Most elements' concentrations in Beijing city decreased compared to suburban， while concentrations of three heavy metals （Zn， Ni， Cu） in urban area were significantly higher than those in suburb. Most concentrations of elementsin Beijing city during the day decreased compared to those at night， however， concentrations of Ba， Fe and Pb during the day were slightly higher than those at night. Enrichment factor analysis showed that Ba， Mn， Fe， Al， K， Cr （EF values 1～10） were lightly enriched； Mg，Ca， Na， Cu， Pb （EF values 10～100） were moderately enriched； Mo （ EF more than 1000） was highly enriched. Sources analysis of metal elements in PM2.5were conducted through a multi-method analysis， including Pearson correlation analysis， factor analysis and pollution emission source-marked elements analysis. The results indicate that sources of spring PM2.5in Beijing were mainly composed of the earth's crust sources （including soil dust and construction dust）， metallurgical industries and vehicle emissions.

PM2.5； metal elements； enrichment factor analysis； pearson correlation analysis； factor analysis

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.07.013

X513

A

1674-5906（2016）07-1181-07

國家教育部博士點基金項目（20111102110004）；國家青年科學基金項目（41101404）；北京市教委科技計劃項目（KM 201110028013）；北京市教委學科建設與研究生教育建設項目（028-145321400）

熊秋林（1988年生），男，博士研究生，主要研究方向為GIS和RS在大氣環境中的應用。E-mail： xiong_ql@163.com *通訊聯系人，E-mail： zhwenji1215@163.com

2016-06-07