地中海灌木燃烧产生的气溶胶形态与成分研究及其对人体呼吸系统的潜在健康影响

为揭示野火烟雾中气溶胶的健康风险，研究人员通过实验室模拟地中海灌木Cistus monspeliensis燃烧，结合ELPI+（Electrical Low-Pressure Impactor）和SEM-EDX（扫描电镜-能谱联用）技术，首次系统分析了气溶胶的形态、元素组成及粒径分布。研究发现燃烧产生四类颗粒（烟尘、粗飞灰、部分燃烧颗粒和冷凝颗粒），其中纳米级气溶胶（43-69 nm）在肺泡沉积风险高，钾氯化物冷凝物（KCl）主导小粒径阶段。该研究为野火排放建模和公共健康防护提供了关键数据支撑。

　　

随着全球气候变暖加剧，野火发生的频率和强度显著上升，地中海地区广泛分布的Cistus monspeliensis（岩蔷薇）等易燃灌木成为重要火源。野火燃烧产生的复杂气溶胶混合物可通过吸入、摄入和皮肤接触威胁人类健康，但其形态、成分与呼吸系统沉积特性的关联机制尚不明确。现有研究多聚焦工业燃烧或远距离采集的大气气溶胶，缺乏对野火源头排放的直接表征。

为填补这一空白，来自法国科西嘉大学的研究团队在《Journal of Aerosol Science》发表论文，通过实验室全尺度燃烧实验（1米高灌木），首次系统分析了地中海灌木燃烧气溶胶的物理化学特性。研究采用ELPI+实时监测14级气溶胶（6 nm-10 μm）的粒径分布，结合SEM-EDX对关键粒径段（16-7369 nm）颗粒进行形貌和元素组成解析，并利用多路径粒子剂量模型（MPPD）评估呼吸道沉积风险。

研究发现燃烧过程产生四类特征颗粒：1）烟尘聚集体（soot aggregates），由10-50 nm初级颗粒组成，表观密度低于1.8 g/cm³
；2）粗飞灰（CFA），含28%钙（Ca）和14%镁（Mg）氧化物，源自植物矿物质残留；3）部分燃烧颗粒（PBP），O/C原子比0.29，符合木质素热解形成的炭特征；4）冷凝颗粒（CP），以氯化钾（KCl）为主（占小粒径颗粒总重的61%）。动态分析显示，热释放速率（HRR）峰值前以43 nm纳米颗粒为主（占总数70%），峰值后转为69 nm颗粒主导。

MPPD模型预测显示，纳米级气溶胶（<100 nm）在肺泡区的沉积效率高达40%，而1-10 μm颗粒在气管支气管区的沉积率可达98%。特别值得注意的是，富含钾、氯的冷凝颗粒（如KCl）和携带重金属（铁、硅）的飞灰可能通过氧化应激机制加剧肺部损伤。该研究首次建立了地中海灌木燃烧气溶胶的"形态-成分-粒径-沉积"关联模型，为野火烟雾毒性评估提供了新范式。

这项研究的创新性体现在三方面：1）开发了全尺度灌木燃烧的气溶胶原位采集方法，克服了远距离采样导致的成分失真；2）揭示钾氯化物冷凝物在超细颗粒中的主导地位，解释了地中海野雾烟雾的特殊毒性；3）通过整合ELPI+动态监测与SEM-EDX静态分析，实现了从纳米到微米级颗粒的多尺度表征。这些发现不仅为野火排放模型提供了关键参数，也为制定针对性的呼吸防护策略提供了科学依据。未来研究可进一步结合毒理学实验，探究不同类型气溶胶的细胞毒性机制。