南京市某居民区空气PM2.5和PM10污染分布特征分析

王园园，周连，吴俊，张秀珍，丁震，陈晓东

(1.东南大学公共卫生学院，江苏南京 210009;2.江苏省疾病预防控制中心，江苏 南京 210009)

近年来，随着我国经济的快速发展、机动车保有量的迅猛增加以及城市化进程的加快，我国的空气污染状况十分堪忧［1－2］。2013 年 1 月，《中华人民共和国国家环境分析》报告指出，全世界污染最严重的10个城市有7个位于中国，中国的500个大型城市中达到WHO空气质量标准的城市不到1%。南京市作为长江三角洲的中心城市之一，近年来灰霾天气频发，PM2.5污染越来越严重，其环境质量不仅对经济发展、城市建设有影响，而且对居民身体健康状况也有很大的影响。人们生活的空间逐渐向高处发展，因此，调查研究生活居住区的颗粒物的垂直分布情况是很有必要的。本研究在南京某居民区内设立两个监测点，分别距离地面1.5 m和15 m，采集生活区春、夏、秋、冬季PM2.5及春夏季PM10质量浓度并分析研究其分布特征。

1 样品采集与分析

1.1 仪器和材料

所用采样器为智能中流量总悬浮微粒采样器(TH－150)，使用前进行校准，以保证采样结果的准确性。使用的滤膜为Waterman玻璃纤维滤膜和石英滤膜。采样前，滤膜先放置马弗炉内高温灰化，然后放入干燥器中平衡，最后称质量并记录。

1.2 样品采集

在某居民区垂直高度设2个监测点(1.5 m、15 m)，于春季(2012年5月10～16日)、夏季(2012年7月19～25日)、秋季(2012年11月13～19日)和冬季(2013年1月10～16日)采集 PM2.5，PM2.5用玻璃纤维滤膜和石英滤膜两种滤膜同时采集，为后期PM2.5成分分析做准备;PM10于春夏季监测，且用玻璃纤维滤膜。采样前后滤膜经过统一处理后，用万分之一天平准确称质量，分别记录采样前后滤膜的质量，根据采样前后滤膜的质量差及采样体积，用质量法计算出可吸入颗粒物浓度。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2007进行数据录入与整理，用SPSS 17.0统计软件进行数据分析，不同季节的差异采用Kruskal－Wallis H 检验，PM2.5和 PM10质量浓度不同高度的差异均用Wilcoxon秩和检验，用Pearson积差相关分析PM2.5与PM10之间的关系及不同气象因素对两种颗粒物浓度的影响，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 PM2.5、PM10质量浓度监测结果

PM2.5由玻璃纤维滤膜和石英滤膜同时采集，并于春、夏、秋、冬季在不同高度进行监测，共采集16组，每组7张膜，共得样品膜112张。见表1。

PM10只于春、夏季在不同高度用玻璃纤维滤膜采集，共采集4组，每组7张膜，共得样品膜28张。见表2。

参考我国环境空气质量二级标准(GB 3095－2012)日平均值(PM2.5日均值 0.075 mg·m－3，PM10日均值 0.150 mg·m－3)，南京市 PM2.5超标率为 41%，春、夏、秋、冬季的 PM2.5超标率分别为 28.6%、10.7% 、28.6% 、100% ，冬季 PM2.5污染严重，超标近 2倍。春、夏季PM10浓度均未超过国家标准。

2.2 PM2.5和PM10质量浓度变化趋势

2.2.1 不同季节 PM2.5、PM10质量浓度的比较 结合表1，两种滤膜采集的PM2.5质量浓度冬季最高，其次是春季、秋季，夏季最低。利用多个独立样本Kruskal－Wallis H检验分析PM2.5质量浓度季节差异，结果显示:由两种滤膜采集的不同季节的PM2.5质量浓度差异均存在统计学意义(均 P＜0.001)，不同高度采集的 PM2.5质量浓度也有显著的季节差异(均P＜0.001)(表3)。

表1 不同高度各个季节PM2.5质量浓度(± s，n=28)Tab 1 The concentrations of PM2.5of different height in four seasons(± s，n=28)

表1 不同高度各个季节PM2.5质量浓度(± s，n=28)Tab 1 The concentrations of PM2.5of different height in four seasons(± s，n=28)

a指玻璃纤维滤膜;b指石英滤膜

指 标 高度/m 春季 夏季 秋季 冬季ρ(PM2.5)a/(mg·m －3)1.5 0.070 ±0.018 0.045 ±0.023 0.093 ±0.011 0.135 ±0.036 15 0.068 ±0.015 0.051 ±0.025 0.070 ±0.015 0.132 ±0.040 ρ(PM2.5)b/(mg·m －3)1.5 0.051 ±0.013 0.030 ±0.022 0.086 ±0.012 0.148 ±0.042 15 0.071 ±0.017 0.037 ±0.025 0.058 ±0.017 0.129 ±0.039

表2 不同高度春、夏季PM10质量浓度± s，n=14)Tab 2 The concentrations of PM10of different height in spring and summer± s，n=14)

表2 不同高度春、夏季PM10质量浓度± s，n=14)Tab 2 The concentrations of PM10of different height in spring and summer± s，n=14)

指 标 高度/m 春季 夏季ρ(PM10)/(mg·m －3)1.5 0.112 ±0.025 0.088 ±0.026 15 0.121 ±0.027 0.095 ±0.029

结合表2，春季PM10质量浓度高于夏季，通过两个独立样本非参数检验得出，春、夏季不同高度，PM10质量浓度均无显著性差异(表3)。

2.2.2 PM2.5和 PM10质量浓度连续 7 d 的变化 本次实验在春、夏、冬季进行为期7 d的现场监测，秋季两个监测点同步监测从15号(周四)开始，周四为一周的开始，采样时间包含休息日和工作日，如图1所示。由连续7 d的采样结果得出:对于PM2.5来说，夏季工作日和休息日质量浓度最低，春季、秋季次之，冬季最高，工作日PM2.5质量浓度均低于休息日(夏季则相反);对于PM10，春夏季工作日质量浓度均高于休息日。

表3 不同季节不同滤膜PM2.5和PM10质量浓度差异Tab 3 Differences in the concentration of PM2.5and PM10membranes in different seasons

图1 不同季节PM2.5、PM10质量浓度的周期性变化趋势Fig 1 Periodic change of PM2.5and PM10concentrations in different seasons

2.3 PM2.5和PM10质量浓度的垂直变化

图2为春、冬两季PM2.5质量浓度的垂直变化趋势，随着高度的增加，春季PM2.5质量浓度逐渐升高，而冬季PM2.5质量浓度则呈现下降的趋势。经Wilcoxon秩和检验分析，春、冬季节不同高度处，PM2.5质量浓度差异有统计学意义(P ＜0.05)，而且冬季 PM2.5质量浓度远远高于春季。另外PM2.5和PM10两种颗粒物质量浓度变化趋势相似(图3)，1.5 m和15 m两个高度处春夏两季的 PM2.5与 PM10的比值分别为 0.63、0.51 和0.56、0.43，PM2.5在 PM10中占有很高的比例，随着高度的增加比值有减小的趋势。经Pearson积差相关分析，PM2.5与 PM10呈显著性相关关系(图 4)。

2.4 气象因素对PM2.5和PM10质量浓度的影响

PM10、PM2.5的质量浓度变化除受污染源的影响外，主要与气象条件密切相关。对PM10和PM2.5质量浓度与风速、本站气压、温度和水平能见度进行线性相关性统计分析显示，PM10和PM2.5质量浓度与能见度、本站气压和风速相关性较好，与气温相关性较差。PM2.5质量浓度与气压和能见度呈负相关，其中秋、冬季相关系数较大，春、夏季相对较小。春季PM10、PM2.5质量浓度与风速呈显著正相关关系(图5)。

图2 春、冬季节PM2.5质量浓度随采样日期的垂直变化Fig 2 The vertical changes of PM2.5concentration in spring and winter with sampling dates

图3 夏季PM10、PM2.5质量浓度随采样时间的变化趋势Fig 3 The changes of PM10and PM2.5concentrations with sampling dates in summer

图4 春、夏季PM10质量浓度与PM2.5质量浓度的散点图Fig 4 The scatter of PM10and PM2.5concentration in spring and summer

3 讨 论

颗粒物污染的健康危害包括急性危害和慢性危害，其涵盖呼吸系统、心血管系统、免疫系统、交通伤害等各个环节［3－6］。不同粒径的颗粒物均为心血管疾病的危险因素，且心血管疾病入院率和死亡率与粒径有关，PM2.5的危害高于 PM10［7］。与发达国家相比，我国的一些经济比较发达的城市PM2.5浓度水平很高。在上海等地的研究［3］发现，PM2.5与每日死亡率有显著的关联性。Samet等［4］对美国20个城市发现，PM10与心血管疾病、呼吸系统疾病及其他原因引起的死亡有关。本次研究发现，南京市某居民区PM10质量浓度未超过国家环境空气质量二级标准，PM2.5超标率为41%，均低于 2002 年南京市(PM10为 72% ，PM2.5为 92%)［8］、2005 年哈尔滨市(PM10为 50%)［9］、2012 年贵阳市(PM10为 15% ，PM2.5为 50%)［10］。

图5 春季PM2.5和PM10质量浓度与风速的散点图Fig 5 The scatter of PM2.5and PM10concentration and wind speed in spring

从季节性变化来看，林海鹏等［11］发现兰州市某城区PM10和PM2.5浓度值呈现冬季高于夏季的整体特点。本研究结果显示，所监测小区冬季PM2.5质量浓度最高，其次是春季、秋季，夏季最低，冬季PM2.5质量浓度远远超过夏季。这是由于冬季温度降低，燃料用量多，燃烧产生的颗粒物对大气颗粒物贡献值相对较大，同时辐射与光化学反应减弱，大气稳定度高，污染物扩散能力低的缘故。说明南京市某居民区细颗粒物污染严重，需要进一步治理。

从连续7 d的变化来看，春、秋、冬季工作日PM2.5质量浓度均低于休息日，同时冬季PM2.5浓度在工作日周二最高，休息日周日最低，这与魏玉香等［12］得出的污染物质量浓度变化周二最高、周六最低的结果不完全相同。这可能与监测点的选取及采样期间的气象条件有关，同时这与居民活动密切相关，造成这种现象的原因有待进一步研究。

有关南京市颗粒物浓度垂直变化的研究少见报道。孔春霞等［13］研究发现，随高度增加夏季和秋季的PM10和PM2.5平均质量浓度均呈现逐渐减小的趋势;而且不同高度颗粒物浓度的相对含量也发生了明显变化。本研究显示，随着高度的增加，春季PM2.5质量浓度逐渐升高，而冬季PM2.5质量浓度逐渐下降，这可能是由采样地点及监测点高度不同造成的。从夏季PM2.5和PM10质量浓度变化趋势图来看，两者变化趋势相似。丁国安等［14］证明城市冠层中存在空气污染物的同位相时空分布特征，本结果与此结论一致。说明夏季大气颗粒物粗细粒子的相对含量比例分布较稳定。也有研究证明，降水能减少空气中可吸入颗粒物的浓度，并能使降水后一段时间内空气中可吸入颗粒物浓度保持在较低水平［15］。本次在春季监测期间，5月13日和5月14日有降雨出现，不同高度PM10和PM2.5质量浓度明显降低，说明雨水对粗细颗粒物有很好的冲刷作用。本次研究时间较短，颗粒物质量浓度日变化规律不明显，要准确地评估南京市空气质量，还需要长期逐日连续的多点监测、PM2.5成分分析以及对气态污染物(如NO2、O3等)的进一步研究。

［1］CHEN B，HONG C，KAN H.Exposures and health outcomes from outdoor air pollutants in China［J］.Toxicology，2004，198(1－3):291－300.

［2］Anonymous.China:the air pollution capital of the world［J］.Lancet，2005，366(9499):1761－1762.

［3］KAN H，LONDON S J，CHEN G，et al，Differentiating the effects of fine and coarse particles on daily mortality in Shanghai，China［J］.Environ Int，2007，33(3):376－384.

［4］SAMET J M，DOMINICI F，CURRIERO F C，et al.Fine particulate airpollution and mortality in 20 U.S.cities，1987－1994［J］.N Engl J Med，2000，343(24):1742－1749.

［5］DOCKERY D W，POPE C A 3rd，XU X，et al.An association between air pollution and mortality in six U.S.cities［J］.N Engl J Med，1993，329(24):1753－1759.

［6］KÜNZLI N，KAISER R，MEDINA S，et al.Public－health impact of outdoor and traffic－related air pollution:a European assessment［J］.Lancet，2000，356(9232):795－801.

［7］常旭红，张钰，吴建茹，等.大气颗粒物暴露与人体心血管疾病急性效应关系研究的系统评价［J］.东南大学学报:医学版，2012，31(1):1－8.

［8］黄鹂鸣，王格慧，王荟，等.南京市空气中颗粒物 PM10、PM2.5污染水平［J］.中国环境科学，2002，22(4):334－337.

［9］王琨，王文帅，李宏伟，等.城市大气可吸入颗粒物的时空分布分析［J］.黑龙江大学自然科学学报，2009，26(2):220－223.

［10］徐兰，高庚申，安裕敏.贵阳市某城区大气中TSP、PM10、PM2.5污染水平研究［J］.三峡环境与生态，2012，34(5):8－10.

［11］林海鹏，武晓燕，战景明，等.兰州市某城区冬夏季大气颗粒物及重金属的污染特征［J］.中国环境科学，2012，32(5):810－815.

［12］魏玉香，童尧青，银燕，等.南京 SO2、NO2和 PM10变化特征及其与气象条件的关系［J］.大气科学学报，2009，32(3):451－457.

［13］孔春霞，郭胜利，汤莉莉.南京市生活区夏秋季节大气颗粒物垂直分布特征［J］.环境科学与管理，2009，34(11):35－38.

［14］丁国安，陈尊裕，高志球，等.北京城区低层大气PM10和PM2.5垂直结构及其动力特征［J］.中国科学 D 辑:地球科学，2005，35(增刊 1):31－44.

［15］尹振东.气象条件对可吸入颗粒物浓度的影响［J］.环境科学与管理，2005，30(3):46－47.