伊斯兰堡工业区空气污染物季节性变化与来源解析的化学计量学评估及其环境健康意义

本研究针对巴基斯坦伊斯兰堡工业区PM2.5 和PM2.5–10 污染问题，通过ICP-OES元素分析、EPA-PMF源解析及HYSPLIT轨迹模型，揭示钢铁厂、电子垃圾焚烧等6类主要污染源，发现PM2.5 中As、Cr、Ni分别超标EPA标准6-6000倍，为发展中国家工业区空气质量管理提供关键数据支撑。

　　

随着全球工业化进程加速，发展中国家城市工业区的大气污染问题日益严峻。巴基斯坦作为南亚人口大国，其首都伊斯兰堡工业区长期面临颗粒物污染威胁，但缺乏系统性研究。世界卫生组织数据显示，98%超标污染城市位于中低收入国家，而巴基斯坦因PM_2.5
持续超标，预计到2030年人均寿命将缩短100个月。尤其值得注意的是，工业区排放的重金属可通过呼吸系统深部渗透，其中PM_2.5
结合的As、Cr等致癌物可直达肺泡进入血液循环，引发肺癌、心血管疾病等严重后果。

为破解这一环境健康难题，巴基斯坦核科学技术研究所联合国际原子能机构(IAEA)开展了为期8个月的系统研究。团队采用多学科交叉方法，在2023年4-11月采集180个空气样本，首次全面评估伊斯兰堡I-8至I-10工业区的PM污染特征。研究发现PM_2.5
年均浓度40.42 μg m^?3
超巴基斯坦环保署标准，其中As(51 ng m^?3
)、Cr(848 ng m^?3
)等毒性元素显著高于欧美水平。相关成果发表在《Journal of Trace Elements and Minerals》，为南亚工业区污染治理提供了重要基准。

研究团队运用三大关键技术：1) 叠式过滤器采样结合ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱)定量24种元素；2) EPA-PMF 5.0(正矩阵分解模型)进行源解析；3) NOAA HYSPLIT(混合单粒子轨迹模型)追踪跨境污染。质量控制方面采用NIST-2710a标准物质验证，元素回收率达85-115%。

【季节性变异】
通过三季节对比发现，PM_2.5–10
中Ca在秋季达7800 ng m^?3
峰值，而PM_2.5
的Na在春季高达232,251 ng m^?3
。国庆假期工厂关闭时PM骤降50%，印证工业排放主导性。热逆温现象使春季污染积聚，而季风降雨使夏季浓度降低。

【污染水平】
富集因子(EF)显示Cr、Pb等11种元素人为源贡献超90%，污染指数(PI)揭示钢铁厂周边Zn污染达背景值27,600倍。特别值得注意的是，PM_2.5
中Ni超标美国EPA标准6000倍，其日均沉积通量在春季达4.57×10⁴
ng m^?2
day^?1
。

【源解析】
PMF模型识别出5大来源：钢铁厂(贡献率93%)含特征元素Cr-Ni-Zn；电子垃圾焚烧含Sn-Pb-Cu；大理石加工释放Ca-Mg-Sr。与传统认知不同，电池回收贡献了23%的Ba和Mn。HYSPLIT轨迹证实4月23日高硫污染源自俄乌边境战争跨境传输。

这项研究首次系统揭示伊斯兰堡工业区空气污染的复合特征：1) 本地工业排放与跨境污染叠加；2) 细颗粒物重金属健康风险远超粗颗粒；3) 钢铁冶炼是致癌物Cr-Ni的主要来源。研究建议优先管控钢铁厂除尘设施，建立跨境污染预警机制。该成果为发展中国家工业城市制定差别化管控策略提供了科学范式，尤其对地形封闭的盆地城市具有普适性参考价值。