尼泊尔道路交通环境中黑碳与颗粒物暴露特征：路线属性与出行模式的影响研究

《Journal of the Air & Waste Management Association》：On-road exposure to black carbon and particulate matter in Nepal: Effects of route attributes and travel modes

　　

道路交通排放及其导致的人群暴露是快速城市化地区重大的公共卫生问题。然而，在尼泊尔，道路交通微环境中的空气污染暴露，尤其是黑碳（BC）暴露，仍然知之甚少。本研究调查了不同服务功能、基础设施特征和道路坡度的道路类型中当量黑碳（eBC）和颗粒物（PM）的道路暴露水平。道路eBC总平均浓度为45.7±32.5 μg/m3，约为背景水平的11倍。平均而言，eBC占道路PM2.5浓度的51%，占道路PM1浓度的75%，表明交通尾气排放对路边颗粒物污染具有显著贡献。浓度从居住区街道到城市道路、环城公路和城际公路依次增加。对加德满都谷地新旧环城公路路段的比较显示，升级改造后的路段PM2.5和PM10浓度较低，而eBC和PM1浓度无显著差异，表明基础设施改善减少了再悬浮道路扬尘，但对尾气相关污染物影响有限。道路坡度也是暴露的重要决定因素，高坡度高速公路段（4.5%）的eBC中位浓度（86.7 μg/m3）显著高于低坡度段（0.6%；41.5 μg/m3）。在不同出行模式中，摩托车出行的eBC暴露最高，其次是非空调公交车和空调公交车。这些发现为制定结合基础设施发展和出行模式选择的策略以减少交通微环境中交通相关空气污染暴露提供了证据。

一、研究背景与意义

道路交通排放是城市空气污染的重要来源，尤其在快速城市化的发展中国家，人群在日常通勤中面临严重的交通相关空气污染暴露。黑碳（Black Carbon, BC）作为柴油车尾气颗粒物的主要成分，不仅对人体健康产生不良影响，还因其强吸光特性成为短期气候强迫因子。然而，在尼泊尔这一喜马拉雅山麓国家，由于车辆老旧、超排车辆比例高、道路基础设施不足以及崎岖地形导致的陡峭道路坡度，其道路交通微环境中的暴露状况与其他地区显著不同，但此前关于道路BC暴露的研究尚属空白。因此，本研究旨在系统评估尼泊尔不同类型道路、不同基础设施条件、不同道路坡度以及不同出行模式下，道路当量黑碳（equivalent Black Carbon, eBC）和颗粒物（Particulate Matter, PM）的暴露水平及其影响因素，为制定精准的暴露削减策略提供科学依据。

二、研究方法概述

研究在尼泊尔巴格马蒂省开展，覆盖加德满都谷地的居住区街道（RS-KTM）、城市道路（UR-KTM）、环城公路（HW-RR）以及连接首都加德满都至纳拉扬加特的城际高速公路（HW-IC）等不同等级道路。采用便携式MicroAeth分析仪（MA200）实时测量eBC浓度，基于880 nm光学通道的光衰减原理，未启用DualSpot?校正以避免额外误差；同时使用AirVisual Pro激光散射传感器同步监测PM₁、PM_2.5和PM₁₀浓度。车辆速度和位置数据由专业级GPS接收器记录。所有测量集中在2026年5月6日至27日的季风前期晴朗天气条件下进行，共收集了累计615公里的道路暴露数据，涵盖摩托车和公共汽车两种出行模式。数据分析采用ANOVA、配对样本t检验、Kruskal-Wallis检验等统计方法。

三、研究结果

道路与背景颗粒物污染水平：道路eBC总平均浓度为45.7±32.5 μg/m³，约为背景站点（4.1±1.8 μg/m³）的11倍，远高于全球多数城市报道的水平。eBC分别占道路PM_2.5和PM₁的51%和75%，表明交通尾气排放对路边颗粒物污染的主导作用。相关性分析显示，eBC与PM₁的相关性最强（r=0.73），进一步证实了共同来源——机动车尾气排放。

道路类型的影响：通过对比摩托车出行中不同道路类型的暴露水平发现，eBC浓度从居住区街道向城市道路、环城公路和城际高速公路依次递增，反映出车队组成（尤其柴油车比例）的关键作用。eBC浓度在不同道路类型间差异显著（Kruskal-Wallis检验，p<0.001）。对于PM，仅PM₁表现出显著的组间差异（ANOVA，p=0.001），环城公路显著高于居住区街道和城市道路，而PM_2.5和PM₁₀因受局部因素干扰未呈现显著差异。此外，各道路类型的eBC/PM比值均高于背景站点，而PM₁/PM_2.5和PM_2.5/PM₁₀比值则低于背景，表明道路环境中同时受到燃烧源和非尾气扬尘源的影响。

道路基础设施条件的影响：对比环城公路中旧路段（窄车道、无信号灯）与升级改造后的新路段（8车道、信号灯完善、路面质量提升）发现，新路段的平均车速更高、加速度均方根更低，表明交通流更顺畅。新路段的PM_2.5和PM₁₀浓度显著低于旧路段（p<0.05），而eBC和PM₁浓度无显著差异。这表明基础设施改善主要通过减少道路扬尘再悬浮降低了粗颗粒物暴露，但对尾气排放相关的细颗粒物和黑碳效果有限。

道路坡度的影响：利用城际高速公路的海拔变化（150米至1450米），将路线分为低坡度段（平均0.6%）和高坡度段（平均4.5%）。结果显示，高坡度段的eBC中位浓度（84.6 μg/m³）几乎是低坡度段（41.1 μg/m³）的两倍，且差异显著（Mann-Whitney U检验，p<0.001）。这归因于上坡行驶时发动机负荷增大导致燃油消耗和排放增加，而下坡时的减排无法完全抵消，使高坡度路段整体排放更高。

出行模式间的比较：在城际高速公路上，三种出行模式的eBC暴露水平排序为：摩托车（98.5±124.8 μg/m³）> 非空调公交车（57.9±137.2 μg/m³）> 空调公交车（27.4±13.7 μg/m³）。摩托车骑行者因直接暴露于交通尾气中，暴露浓度最高。非空调公交车虽窗户多关闭，但仍偶有高浓度峰值，可能与车门开关有关。空调公交车因良好的密封性和内循环模式，有效降低了车内暴露水平。统计检验显示，摩托车与两类公交车之间的差异均显著（p<0.001），而两类公交车之间无显著差异。

四、结论与讨论

研究表明，尼泊尔道路交通微环境中的eBC和PM暴露水平极高，且受道路类型、基础设施状况、道路坡度和出行模式的显著影响。道路基础设施改善（如路面升级）虽可降低非尾气颗粒物（PM_2.5和PM₁₀）暴露，但对尾气相关污染物（eBC和PM₁）的削减作用有限。陡峭的道路坡度显著增加了上坡路段的eBC暴露，凸显了山区地形对排放的特殊影响。在出行模式方面，摩托车骑行者面临最高的暴露风险，而空调公交车提供了最低的暴露环境。因此，研究人员得出结论：降低尼泊尔通勤者交通相关空气污染暴露需要综合性策略，在推进道路基础设施改善的同时，必须配合更严格的车辆排放标准、加速车队现代化更新、优化交通管理以及发展高效的大众运输系统，才能有效削减尾气排放及其导致的人群暴露。