貴陽市秋冬季大氣顆粒物化學組分特征分析

＊焦樹友王煒陳遠航王丹丹黃儀之胡凱璐

（1.貴陽市生態環境局 貴州 550002 2.貴陽市節能監測站 貴州 550002 3.黔西南州生態環境監測中心 貴州 562400 4.貴州楚云環保科技有限公司 貴州 550081）

顆粒物包括可入肺顆粒物（PM2.5，指大氣中空氣動力學等效直徑等于或小于2.5μm的大氣顆粒物的總稱）和可吸入顆粒物（PM10，指空氣動力學當量直徑等于或小于10μm的顆粒物）。顆粒物的來源主要包括自然過程和人為排放，其元素組成極其復雜，幾乎包含元素周期表所有元素。顆粒物通過影響大氣的直接輻射和間接平衡，進而影響區域/全球氣候變化；通過散射/吸收可見光，使大氣水平能見度下降，阻礙路面、水路和空中交通；對生態系統造成影響；流行病學研究表明，暴露在高濃度顆粒物中，能夠導致呼吸道和心血管系統疾病增加[1-4]。鑒于顆粒物對氣候、環境和人體的影響，相關的研究需要在不同地區不同點位進一步開展。

貴陽市作為貴州省的省會城市和黔中區域核心城市，其空氣質量備受關注。2016—2020年期間，貴陽市PM10、PM2.5分別下降1.58μg/m3和0.99μg/m3[5]。雖然貴陽市顆粒物已經達到我國環境空氣年均值二級標準，但離世界衛生組織（WHO）指導值（15μg/m3）仍有很大差距，且在秋冬季節，細顆粒物的污染問題仍較為突出，下轄區縣仍存在細顆粒超標的情況。鑒于此，本研究通過對貴陽市花溪區、烏當區、修文縣和息烽縣四個區縣的顆粒物化學組分特征進行分析，解析空氣中顆粒物的來源情況，為有效開展顆粒物污染防治提供科學依據。

1.材料與方法

（1）采樣點設置。在貴陽市空氣質量自動監測站點（國控、省控）附近設置了4個顆粒物采樣點位，從南往北依次為花溪區（碧云窩國控站點）、烏當區（燕子沖國控站點）、修文縣（龍崗山省控站點）和息烽縣（坪上站省控站點）。

（2）樣品采集。樣品采集時間為2021年11月18日—2021年12月4日，每日22：00—次日20：00四個采樣點進行PM10和PM2.5的同步采樣。如果采樣期間遇到下雨情況，則暫停顆粒物采樣。采樣儀器使用青島金仕達智能顆粒物中流量采樣器（型號：KB-120F），采樣時流量為100L/min。

（3）分析組分及方法。采用重量法分別測量PM10和PM2.5樣品的質量濃度；采用原子吸收、X熒光光譜、離子色譜等分析方法分別測量PM10和PM2.5樣品中的碳組分（OC、EC）、水溶性離子組分（NH4+、Al3+、Ca2+、K+、Mg2+、Na+、F-、Cl-、NO3-、SO42-、NO2-、PO43-）、無機元素（Fe、Ca、Si、Mg、Al、Na、K、Zn、Cu、As、Pb、V等）。

2.分析與討論

(1)PM10和PM2.5碳組分含量分析

通常EC為生物質或化石燃料在不完全燃燒的情況下的產物，OC除了來自燃燒源的一次排放外，還來自VOCs等前體物的二次轉化[6]。由圖1可知，貴陽市PM10中OC、EC的平均濃度分別為7.41（±4.01）μg/m3、1.85（±0.79）μg/m3；PM2.5中OC、EC的平均濃度分別為6.5（±3.46）μg/m3、1.77（±0.67）μg/m3。比之2013年[7]，OC和EC濃度分別下降了56.34%、53.78%。在四個區縣中，花溪區PM10和PM2.5中的OC和EC濃度最大，烏當區PM10和PM2.5中的OC和EC濃度最小。

圖1 不同點位PM10和PM2.5中碳組分含量分析

OC與EC的比值在一定程度上能判斷大氣中是否有二次有機氣溶膠（Secondary Organic Aerosols，SOA）生成，當OC與EC的比值大于2時，OC中有二次氣溶膠生成，OC與EC的值較高時，受生物質燃燒的影響大；OC與EC的比值較低，大約為1.1～3.0時，受燃煤或機動車的影響大[8]。在四個區縣中，修文縣PM10和PM2.5中OC/EC的值最大，分別為4.43和4.41；烏當區PM10和PM2.5中OC/EC的值最小，分別為3.39和3.09。由此可見，在采樣期間修文縣OC與EC受生物質燃燒的影響相對較大，烏當區OC與EC受生物質燃燒的影響相對較小。

(2)PM10和PM2.5水溶性離子含量分析

水溶性離子作為大氣顆粒物的重要組成部分，與大氣顆粒物有著相似的來源[9]。由圖2可知，貴陽市PM10中的水溶性陽離子以Ca2+、NH4+、K+為主，其中：Ca2+的含量最高，含量最大為花溪區，濃度為3.18（±2.88）μg/m3，含量最小的烏當區，濃度為0.85（±0.24）μg/m3，Ca2+是典型的地殼元素，主要來源于道路揚塵或工地揚塵[10]。由此可見，花溪區PM10中水溶性離子的含量受道路揚塵或工地揚塵的影響較大；其次是含量最大的為修文縣，濃度為1.33（±2.88）μg/m3，含量最小的花溪區，濃度為0.52（±0.24）μg/m3，NH4+主要來源于農業活動、動植物腐敗過程及生活污水[11]，由此可見，修文縣PM10中水溶性離子的含量受農業活動較大；K+是生物質燃燒的特征物質[12]，花溪區PM10中K+的含量在四個區縣中最大。由此可見，花溪區PM10中水溶性離子的含量受生物質燃燒的影響較大。貴陽市PM10中的水溶性陰離子以SO42-、NO3-、Cl-為主，其中：SO42-的含量最高，其次為NO3-，息烽縣的濃度在四個區縣中最高，其濃度大小分別為6.02（±3.11）μg/m3、3.70（±1.70）μg/m3；修文縣的濃度在四個區縣中最低，較之息烽縣分別低了42.31%和36.35%。

圖2 不同點位PM10和PM2.5中水溶性離子含量分析

貴陽市PM2.5中水溶陽離子也是以NH4+、Ca2+、K+為主，但與PM10中有所差別的是PM2.5中NH4+的含量最高，其次是Ca2+和K+。在四個區縣中，息烽縣NH4+的濃度最大，其濃度為1.90（±1.63）μg/m3；花溪區的Ca2+和K+濃度都最大，其濃度分別為0.46（±0.39）μg/m3、0.21（±0.17）μg/m3。PM2.5中水溶陰離子的特征與PM10基本一致。

(3)PM10和PM2.5無機元素含量分析

無機元素是大氣顆粒物的主要組成成分，無機元素又包括地殼元素和人類活動示蹤元素[13]。由圖3可知，貴陽市大氣顆粒物中的無機元素含量以地殼主量元素為主，其中：PM10中含量最大的無機元素為Ca，其次為Si，兩種元素含量大約占了PM10中無機元素含量的55.44%；PM2.5中含量最大的無機元素為Si，其次為Ca，兩種元素含量大約占了PM2.5中無機元素含量的59.27%。在人類活動示蹤元素中，以Mg和Zn為主，兩種元素含量大約占了PM10中無機元素含量的6.69%和1.72%，在PM2.5無機元素中大約占了6.46%和1.79%。其它元素為V、Cr、Mn、Ni、Cu、Pb、As、Cd、Hg、Ti等重金屬元素，PM10中其它元素大約占了無機元素含量的4.07%，PM2.5中其它元素大約占了無機元素含量的4.47%。在四個區縣中，PM10中Ca和Si濃度最大的為花溪區，濃度分別為1.63（±1.02）μg/m3和1.30（±2.51）μg/m3。由此可知，花溪區PM10中無機元素含量受地殼元素的影響相對較大。PM2.5中Si濃度最大的為息烽縣，濃度為1.76（±3.77）μg/m3，Ca濃度最大的為花溪區，濃度為0.65（±0.63）μg/m3。由此可知，息烽縣和花溪區PM2.5中無機元素含量受地殼元素的影響相對較大。

圖3 不同點位PM10和PM2.5中無機元素含量

3.結論

（1）在貴陽市四個區縣中，PM10、PM2.5中OC與EC濃度最大的為花溪區，濃度最小的為烏當區。從OC/EC比值來看，采樣期間修文縣碳組分受生物質燃燒的影響相對較大，烏當區受生物質燃燒的影響相對較小。（2）水溶性陽離子以Ca2+、NH4+、K+為主，表明水溶性離子受道路揚塵、工地揚塵或生物質燃燒的影響較大；水溶性陰離子以SO42-、NO3-、Cl-為主，四個區縣中含量最高為息烽縣，最低的為修文縣。（3）無機元素含量以地殼元素為主，含量最高的為Ca和Si，息烽縣和花溪區無機元素含量受地殼元素的影響相對較大。