中國城鄉家庭燃料燃燒導致的室內細顆粒物污染特征及差異

摘要：目的 分析我國城市及農村地區因燃料燃燒導致的家庭細顆粒物（PM2.5）污染的總體水平、分布特征及其差異。方法 通過檢索并篩選納入1991至2021年發表的中國家庭PM2.5污染的相關文獻，對家庭PM2.5濃度平均值、城鄉等數據進行提取，并對爐灶、燃料類型進行重新分類。計算不同區域的家庭PM2.5平均濃度，使用非參數檢驗進行統計分析。結果 我國家庭PM2.5平均濃度為（178.81±249.91）μg/m3。農村家庭PM2.5平均濃度高于城市［（206.08±279.40）μg/m3比（110.63±131.16）μg/m3；Z=-5.45，Plt;0.001］；北方地區家庭PM2.5平均濃度高于南方［（224.27±301.66）μg/m3比（130.11±140.61）μg/m3；Z=-2.38，P=0.017］；農村家庭PM2.5濃度的南北差異較城市更顯著［（324.19±367.94）μg/m3比（141.20±151.05）μg/m3，χ2=-5.06，Plt;0.001］。城鄉家庭使用不同燃料類型（χ2=92.85，Plt;0.001）、爐灶類型（χ2=74.42，Plt;0.001）以及是否取暖（Z=-4.43，Plt;0.001）的PM2.5污染水平存在差異，農村家庭主要使用固體燃料（糞便、木炭、煤炭），城市家庭主要使用清潔燃料（氣體）；農村家庭主要以傳統爐灶和改良爐灶為主，城市家庭以清潔爐灶為主；城鄉取暖家庭PM2.5濃度高于非取暖家庭（Z=-4.43，Plt;0.001）。結論 我國家庭燃料燃燒導致的室內PM2.5濃度整體水平仍然較高，城鄉地區家庭PM2.5濃度差異顯著，農村家庭PM2.5污染較為嚴重，北方地區家庭PM2.5濃度城鄉差異較大。城鄉家庭使用固體燃料、傳統爐灶及取暖家庭的PM2.5污染嚴重，應采取更有針對性的方式控制城鄉家庭PM2.5污染。

關鍵詞：城市；農村；家庭空氣污染；細顆粒物

中圖分類號： R122.2" 文獻標志碼： A" 文章編號：1000-503X（2023）03-0382-08

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.15292

Characteristics and Differences of Household Fine Particulate Matter Pollution Caused by Fuel Burning in Urban and Rural Areas in China

ZHANG Yu1，CAO Man1，HAN Xueyan1，GUAN Tianjia1，SHEN Huizhong2，LIU Yuanli1

1School of Health Policy and Management，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

2School of Environmental Science and Engineering，Southern University of Science and Technology，Shenzhen，Guangdong 518055，China

Corresponding authors：LIU Yuanli Tel：010-65105748，E-mail：liuyuanli_pumc@163.com；

SHEN Huizhong Tel：0755-88010822，E-mail：shenhz@sustech.edu.cn

ABSTRACT：Objective To explore the overall level，distribution characteristics，and differences in household fine particulate matter （PM2.5） pollution caused by fuel burning in urban and rural areas in China.Methods The relevant articles published from 1991 to 2021 were retrieved and included in this study.The data including the average concentration of household PM2.5 and urban and rural areas were extracted，and the stoves and fuel types were reclassified.The average concentration of PM2.5 in different areas was calculated and analyzed by nonparametric test.Results The average household PM2.5 concentration in China was （178.81±249.91） μg/m3.The mean household PM2.5 concentration was higher in rural areas than in urban areas［（206.08±279.40） μg/m3 vs. （110.63±131.16） μg/m3；Z=-5.45，Plt;0.001］ and higher in northern areas than in southern areas［（224.27±301.66） μg/m3 vs.（130.11±140.61） μg/m3；Z=-2.38，P=0.017］.The north-south difference in household PM2.5 concentration was more significant in rural areas than in urban areas［（324.19±367.94） μg/m3 vs.（141.20±151.05） μg/m3，χ2=-5.06，Plt;0.001］.The PM2.5 pollution level showed differences between urban and rural households using different fuel types （χ2=92.85，Plt;0.001），stove types （χ2=74.42，Plt;0.001），and whether they were heating （Z=-4.43，Plt;0.001）.Specifically，rural households mainly used solid fuels （manure，charcoal，coal） and traditional or improved stoves，while urban households mainly used clean fuels （gas） and clean stoves.The PM2.5 concentrations in heated households were higher than those in non-heated households in both rural and urban areas （Z=-4.43，Plt;0.001）.Conclusions The household PM2.5 pollution caused by fuel combustion in China remains a high level.The PM2.5 concentration shows a significant difference between urban and rural households，and the PM2.5 pollution is more serious in rural households.The difference in the household PM2.5 concentration between urban and rural areas is more significant in northern China.PM2.5 pollution in the households using solid fuel，traditional stoves，and heating is serious，and thus targeted measures should be taken to control PM2.5 pollution in these households.

Key words：urban；rural；household air pollution；fine particulate matter

Acta Acad Med Sin，2023，45（3）：382-389

全球近30億人在家庭中使用固體燃料以及通風不良的爐灶進行烹飪、取暖以及照明等活動［1］，固體燃料的低效率燃燒產生大量細顆粒物（fine particulate matter，PM2.5），造成嚴重的家庭空氣污染，并對人體健康產生危害。許多研究表明，PM2.5污染會增加肺癌、下呼吸道感染、慢性阻塞性肺疾病、腦卒中和缺血性心臟病等疾病的發生風險［2-3］。2019年全球疾病負擔研究顯示每年僅燃燒固體燃料進行烹飪而產生的家庭空氣污染造成231萬人的死亡，在全球導致死亡的危險因素中排名第9位［4］。同時家庭燃燒產生的PM2.5排放到環境中也會降低大氣能見度，引起霧霾等環境污染問題［5］。自1980年以來，中國在快速的城市化發展的影響下，家庭固體燃料使用比例逐漸下降，但目前仍有約60%的中國人口和2000多萬戶的中國家庭使用固體燃料進行家庭烹飪和取暖等活動［6］，造成嚴重的室內PM2.5污染。中國每年因燃燒固體燃料導致的死亡人數達到36萬人，傷殘調整壽命年增長達874萬年［7］。研究發現家庭PM2.5污染濃度分布存在明顯的區域性差異。城市化進程以及地理條件的不同造成能源結構、爐灶技術以及個人行為活動等的差異，對不同地區以及城鄉間的家庭PM2.5污染產生重要且復雜的影響［8-10］。有研究顯示，馬來西亞城市家庭PM2.5濃度水平約是農村家庭的兩倍［11］，斯洛伐克［12］和美國［13］郊區家庭的PM2.5濃度水平高于市中心家庭，意大利［14］城市和農村家庭PM2.5污染水平較為接近。目前關于中國家庭PM2.5污染地理分布的研究主要集中在針對某單一省份開展，對全國以及不同省份的城鄉家庭PM2.5的總體水平、分布特征以及差異等缺乏系統探討。因此本研究對我國城鄉家庭因燃料燃燒導致的室內PM2.5污染總體水平、分布特征及其差異進行分析，為從城鄉層面有針對性地控制家庭空氣污染提供理論基礎和科學數據。

資料和方法

文獻檢索 檢索PubMed、Science Direct、Ovid、中國知網和萬方數據庫的所有中英文文獻，檢索日期為1968年1月1日至2021年7月10日。中文檢索式為（家庭OR室內）AND（農村OR城市）AND（空氣污染OR顆粒物OR PM OR燃料OR爐灶），英文檢索式為China AND （indoor OR household）AND（rural OR urban）AND（PM OR air pollution OR fuel OR stove）。納入標準：（1）研究地點為中國境內；（2）家庭PM2.5污染現況調查類研究；（3）有原始定量檢測數據。排除標準：（1）結果中未明確報告室內PM2.5日平均濃度；（2）研究地點為學校、寫字樓等非家庭室內場所；（3）根據室外PM2.5污染濃度建立模型推測室內PM2.5濃度；（4）測量氣態空氣污染物及顆粒物化學成分。共檢索相關文獻2930篇，去除重復文獻、綜述類以及指標缺失等文獻，最終納入1991至2021年發表的中國家庭PM2.5污染研究63篇。

質量評估 對納入的研究質量進行選擇偏倚（研究領域和代表性測量組）、測量和數據分析方法的評估。納入文獻整體質量中等，大部分研究明確報告測量地點的選擇標準、室內PM2.5的測量方法及時間，并對數據分析方法進行了說明，部分研究對測量區域的選擇標準以及質量控制方面表述較為模糊。本研究納入文獻的主要測量方法包括測定重量法、β射線吸收法、微量振蕩天平法以及光散射法，最終納入的63篇文獻均報告了研究的測量地區及采用的主要測量方法。

數據提取及分類 文獻提取信息包括：標題、期刊、出版年份、作者、研究年份、省/縣、地點（廚房、臥室或室外庭院）、季節、燃料、爐灶、測量方法、污染物類型和測量顆粒物的統計結果（范圍、算術平均值、中位數、幾何平均值）等，共計提取420個數據點。為減少不同文獻爐灶類型分類對家庭室內PM2.5污染的影響，本研究參考爐灶性能評估指南標準［15］，將爐灶分為5類：（1）明火爐灶：使用泥、磚或石頭等材料搭制或圍成的開放或半開放爐灶；（2）傳統爐灶：具有封閉的燃燒室的爐灶；（3）改良爐灶：具有封閉的燃燒室，同時加裝煙囪的爐灶；（4）現代爐灶：在封閉燃燒室加裝煙囪的基礎上，進一步添加隔熱材料、二次通風等裝置；（5）清潔爐灶：使用清潔燃料（如油、氣、電等）的爐灶。將不同燃料分為糞便、薪柴、煤炭、秸稈、木炭、氣體和電7種類型，其中，糞便、薪柴、煤炭、秸稈、木炭為固體燃料，氣體和電為清潔燃料，對于研究報告使用混合燃料的燃料類型，根據其PM2.5濃度平均值重新分類至薪柴、秸稈、氣體和電等燃料類型。本研究中國南北方的劃分標準使用了中國自然地理及氣候分界，即秦嶺-淮河分界線，北方地區包括山東、山西、陜西、河北、河南、甘肅、寧夏、青海、新疆、內蒙古、西藏、遼寧、吉林、黑龍江、北京、天津，其他省、自治區、直轄市為南方地區。

統計學處理 采用SPSS 21.0統計軟件，兩個獨立樣本比較采用Mann-Whitney檢驗，多個獨立樣本比較采用Kruskal-Wallis檢驗。假設檢驗水準α=0.05，P＜0.05為差異有統計學意義。

結" 果

檢索結果 納入的63篇文獻中，79%（50/63）發表在2009年之后，2019年的文章數量最多，為7篇。研究地區包括全國25個省份，其中城市26篇，農村43篇；58篇研究的實地測量涉及1個省份，5篇研究測量涉及多個省份；云南、四川、江蘇省研究較多，吉林、青海省及內蒙古自治區研究較少，福建、海南省及寧夏回族自治區尚未見研究報道。

城鄉家庭PM2.5污染差異 納入研究共提取420個數據點，其中城市120個，農村300個。全國家庭PM2.5平均濃度為（178.81±249.91）μg/m3，城市和農村家庭PM2.5平均濃度分別為（110.63±131.16）μg/m3和（206.08±279.40）μg/m3，農村家庭PM2.5平均濃度明顯高于城市家庭（Z=-5.45，Plt;0.001）。不同時期農村家庭PM2.5平均濃度均高于城市家庭，1991至2007年城市和農村家庭PM2.5平均濃度均較高，2008年及之后城市和農村家庭PM2.5平均濃度逐漸降低，不同年份的城鄉家庭PM2.5平均濃度差異有統計學意義（P均lt;0.001）（表1）。

南北方地區城鄉家庭PM2.5污染差異：共納入北方地區數據點157個，南方地區數據點211個。南北方地區家庭PM2.5平均濃度分別為（130.11±140.61）、（224.27±301.66）μg/m3，北方地區家庭PM2.5平均濃度高于南方地區（Z=-2.38，P=0.017）。北方地區農村家庭PM2.5平均濃度高于南方［（324.19±367.94）μg/m3比（141.20±151.05）μg/m3；Z=-5.06，Plt;0.001］，南方地區農村家庭PM2.5平均濃度高于城市［（141.20±151.05）μg/m3比（77.98±48.03）μg/m3；Z=-3.37，P=0.001］（圖1）。

各省份城鄉家庭PM2.5污染差異：共納入25個省份，其中，青海、吉林、黑龍江省及內蒙古、西藏自治區等10個省份家庭室內PM2.5平均濃度高于全國平均水平，天津市家庭室內PM2.5平均濃度最低，不同省份城市和農村家庭PM2.5污染差異有統計學意義（χ2=43.56，Plt;0.001；χ2=69.16，Plt;0.001）。安徽、甘肅省及北京市城市家庭PM2.5平均濃度高于全國城市平均水平，天津市城市家庭PM2.5平均濃度最低為（35.52±19.48）μg/m3；青海、甘肅、吉林省及內蒙古自治區農村家庭PM2.5平均濃度高于全國農村平均水平，江蘇省農村家庭PM2.5平均濃度最低為（79.17±59.48）μg/m3（表2）。

城鄉家庭燃料類型差異 農村家庭使用固體燃料比例較高，薪柴、秸稈和煤炭分別占31.0%、25.8%、19.8%；城市家庭使用清潔燃料比例較高，氣體燃料和電共占72.4%，其次為木炭占20.7%。農村和城市使用固體燃料的家庭PM2.5平均濃度均較高，其中農村使用糞便、木炭及煤炭的家庭PM2.5平均濃度分別為（552.92±584.14）、（523.58±539.52）、（280.26±339.60）μg/m3，城市使用木炭及煤炭的家庭PM2.5平均濃度分別為（166.26±279.31）、（232.67±158.08）μg/m3；農村和城市使用清潔燃料的家庭PM2.5平均濃度均較低，其中農村用電家庭PM2.5平均濃度最低為（87.00±46.34）μg/m3，城市用電家庭PM2.5平均濃度最低為（58.08±23.28）μg/m3（圖2）。

城鄉家庭爐灶類型差異 共納入改良爐灶173個（41.2%）、清潔爐灶70個（16.7%）、傳統爐灶61個（14.5%）、明火爐灶15個（3.6%）、現代爐灶5個。農村家庭主要使用改良爐灶（172個，66.2%）和傳統爐灶（46個，17.7%），而城市家庭較多使用清潔爐灶（46個，71.9%），其次為傳統爐灶（15個，23.4%）。城市使用傳統爐灶的家庭PM2.5平均濃度為（115.10±115.78）μg/m3，使用清潔爐灶和現代爐灶的家庭PM2.5平均濃度分別為（75.47±74.39）、（69.00±32.53）μg/m3，城市家庭使用不同爐灶間污染濃度的差異無統計學意義（χ2=4.02，P=0.259）。農村使用明火爐灶的家庭PM2.5平均濃度為（629.46±453.41）μg/m3，其次為傳統爐灶為（322.30±294.86）μg/m3，使用改良爐灶和清潔爐灶的家庭PM2.5平均濃度分別為（148.40±238.67）、（93.14±83.19）μg/m3，農村家庭使用不同爐灶間污染濃度的差異有統計學意義（χ2=70.39，Plt;0.001），且農村使用傳統爐灶的家庭PM2.5平均濃度高于城市家庭（Z=-3.70，Plt;0.001）（圖3）。

城鄉家庭燃料-爐灶類型差異 農村使用明火爐灶和固體燃料的家庭PM2.5平均濃度較高，其中在明火爐灶中燃燒糞便的家庭PM2.5平均濃度最高，為（1064.56±204.20）μg/m3；在燃燒固體燃料的家庭中，使用改良爐灶燃燒薪柴的家庭PM2.5平均濃度最低，為（93.89±68.48）μg/m3；使用清潔爐灶和電的家庭PM2.5平均濃度最低，為（88.61±48.94）μg/m3。城市使用傳統爐灶和固體燃料的家庭PM2.5平均濃度較高，其中燃燒煤炭的家庭PM2.5平均濃度最高，為（189.13±224.09）μg/m3，使用清潔爐灶和電的家庭PM2.5平均濃度最低，為（53.50±20.09）μg/m3（表3）。

城鄉家庭取暖差異 共納入城市和農村取暖季家庭119個，非取暖季家庭52個，其中城市家庭取暖季38個，非取暖季24個；農村家庭取暖季81個，非取暖季28個。農村取暖季及非取暖季家庭PM2.5平均濃度分別為（258.11±313.90）、（107.77±87.49）μg/m3，城市取暖季及非取暖季家庭PM2.5平均濃度分別為（99.39±56.81）、（57.95±33.31）μg/m3（圖4）。取暖季家庭PM2.5平均濃度高于非取暖季家庭（Z=-4.43，Plt;0.001）。

討" 論

我國城鄉家庭PM2.5濃度整體水平仍然較高，農村家庭PM2.5濃度高于城市，均高于我國《環境空氣質量標準》中規定的PM2.5平均濃度的二級限值（75 μg/m3）［16］，并且遠高于世界衛生組織家庭室內PM2.5推薦值的限值（25 μg/m3）［17］。不同時期的城鄉家庭PM2.5濃度存在差異，1991至2007年城鄉家庭PM2.5濃度均較高，2008年后濃度逐漸降低。但目前家庭PM2.5污染情況仍然較為嚴重，根據城鄉不同地區情況，應進一步采取相應措施緩解家庭PM2.5污染。

在地區分布上，北方城鄉家庭PM2.5濃度水平高于南方，其中北方農村家庭PM2.5平均濃度為（324.19±367.94）μg/m3，明顯高于南方農村家庭［（141.20±151.05）μg/m3］。不同地區使用燃料類型的差異是影響家庭PM2.5污染水平的重要因素。本研究中北方農村家庭主要使用秸稈和煤炭作為燃料，分別占23.5%和22.2%，使用該類型燃料的家庭室內PM2.5濃度較高，這與Shupler等［18］的研究結果相近。同時北方地區氣候較為寒冷，冬季需要燃燒大量固體燃料進行取暖，是冬季家庭PM2.5污染的重要來源［19-20］。冬季通風條件的改變也影響了家庭PM2.5濃度水平，室外氣溫較低導致室內通風次數減少，造成室內PM2.5濃度的進一步累積。

我國不同省份的城鄉家庭PM2.5污染情況存在差異。安徽、甘肅省及北京市城市家庭PM2.5平均濃度高于全國城市平均水平，青海、甘肅、吉林省及內蒙古自治區農村家庭PM2.5平均濃度高于全國農村平均水平。城市家庭PM2.5濃度較高可能主要與室外大氣PM2.5污染的滲透有關，有研究顯示冬季北京室內PM2.5濃度60%來源于室外［20］，此外還包括烹飪、燃料等的影響［21-22］。農村家庭PM2.5濃度較高則更多受到該地區家庭使用動物糞便以及明火爐灶的影響，造成了極高的家庭PM2.5污染［23-24］。

城鄉家庭使用不同燃料、爐灶類型的室內PM2.5濃度水平有所差異，本研究結果顯示，農村地區主要以固體燃料（如薪柴、秸稈等）作為主要燃料，而城市則較多使用清潔燃料（如天然氣、沼氣、電等），城鄉家庭使用固體燃料的PM2.5濃度明顯高于使用清潔燃料的家庭。韓新宇等［25］研究顯示與使用電和沼氣等清潔能源的居民相比，燃燒煤、泥炭和薪柴的居民每日PM2.5暴露量高出30%～40%。同時城鄉家庭使用的爐灶類型不同，農村地區主要以傳統爐灶和改良爐灶為主，城市地區以清潔爐灶為主。使用各種類型爐灶的農村家庭PM2.5濃度均高于城市家庭。有研究表明使用燃料效率更高的改良爐灶，可以提高燃料效率降低家庭室內PM2.5濃度，其降低比例最高可達80%［26］。同時在室內不同的燃燒情況下，城市使用機械通風如油煙機的家庭能夠有效改善室內PM2.5污染問題［27］。自然通風主要通過室內外空氣溫度差產生的熱壓或大氣流動形成的風壓以及空氣分子的擴散作用等進行氣體交換，其通風效果受到許多條件的限制，可控性較差，難以保證有效減輕室內空氣污染［28］。而機械通風通過將烹飪產生的顆粒物及時抽出室內或增加室內換氣，能夠有效降低室內PM2.5濃度［29-31］。

不同取暖情況的城鄉家庭PM2.5污染有所差異，城市及農村取暖家庭PM2.5平均濃度均高于非取暖家庭，農村取暖家庭PM2.5平均濃度高于城市家庭。我國冬季部分家庭需要長時間燃燒取暖，相較于非取暖家庭會產生嚴重的PM2.5污染［28，32］。同時取暖期間為了保持室內溫度，開窗通風次數減少，進一步加劇PM2.5污染［33］。目前農村地區家庭缺乏集中供暖，大部分使用固體燃料進行取暖造成家庭室內PM2.5污染嚴重［34-35］，并且農村住宅與城市相比氣密性較差，需要燃燒更多的燃料進行取暖，進一步影響家庭室內空氣質量［36-37］。

此外，家庭室內PM2.5污染的其他影響因素較為復雜，吸煙、清掃、烹飪方式等都會影響室內PM2.5的污染水平。使用蚊香也會造成室內PM2.5濃度的升高，盤式蚊香燃燒產生的煙霧是夏季家庭室內PM2.5的重要來源［8］。有研究表明，不同烹飪方式對室內PM2.5濃度水平影響亦不同，燒烤產生的PM2.5濃度最高，蒸煮時PM2.5濃度最低［38］。城鄉家庭的吸煙、清潔等行為對家庭室內PM2.5污染影響也有所差異，有研究顯示，城市家庭吸煙產生的室內PM2.5污染大于烹飪及清潔，而農村家庭燃燒燃料產生的室內PM2.5污染大于吸煙、清潔以及其他人員活動［39］。

本研究基于已有文獻數據進行分析，因此存在以下局限性：受發表偏倚的影響，不同省份研究納入的數量存在差異，因此在結果外推時應注意其適用范圍；本研究結果根據目前已發表的文獻整理分析得出，不同研究結果間可能存在一定的異質性，因此本研究結果可能與現實情況存在一定的差異。此外，受不同研究之間測量儀器和方法的影響，結果可能存在一定的偏倚。

綜上，本研究結果顯示，我國家庭燃料燃燒導致的室內PM2.5污染的城鄉差異顯著，農村地區家庭PM2.5污染較為嚴重，北方地區的家庭PM2.5濃度城鄉差異較大，同時城鄉家庭使用固體燃料、傳統爐灶及取暖家庭的PM2.5污染嚴重，應采取更有針對性的方式控制城鄉家庭PM2.5污染。

（志謝：本研究工作得到南方科技大學科學與工程計算中心支持）

參 考 文 獻

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（收稿日期：2022-09-14）