综述：野火产生的有机污染物与痕量元素：环境与健康影响——重点关注北美及北极 – 亚北极地区

《Journal of Hazardous Materials》：Organic Contaminants and Trace Elements from Wildfires: Environmental and Health Impacts with a focus on North America and the Arctic–Subarctic

　　

摘要
野火在全球范围内正变得愈发频繁和剧烈，其作为环境污染重要来源的角色正得到越来越多的认识。野火不仅释放复杂的污染物混合物，而且排放量巨大，在某些情况下甚至超过了人为源的排放量。尽管研究主要集中在大气颗粒物（PM）和痕量气体上，但源自野火的毒性痕量元素和持久性有机污染物（POPs）也会被释放，并且能在大气之外对环境 compartment（和野生动物）产生广泛影响。烟羽会降低局部和区域的空气质量；而含有污染物的灰烬和残留物通过地表径流和大气沉降，会污染土壤、沉积物和水生系统。本综述重点关注野火对潜在毒性元素和类 POP 有机污染物对环境、野生动物和人类健康的影响，特别强调北美和北极地区。文章突出了野火排放的规模，野火对跨环境介质污染物水平的影响程度，以及迁移性、生物有效性、生物积累和毒性的潜在增强作用。随后，综述通过多种途径考虑了潜在的暴露风险，特别关注通过北方和北极食物网进行的膳食暴露及其相关的健康影响。

引言
由于气候变化和加剧的人为活动的共同作用，野火的发生频率和强度在过去几十年中稳步增加 [1], [2], [3]。这一趋势在北方和温带森林中尤为明显 [4]。从 2003 年到 2013 年，加拿大和美国每年平均有 490 万公顷（Mha）（约 49,000 平方公里）的森林被烧毁 [5]。近年来，北美经历了创纪录的高火灾活动，远超这一平均水平。仅 2023 年加拿大的野火就烧毁了约 1490 万公顷 [6]。在所有高纬度北极地区，火灾活动也相当可观，过去二十年间平均每年烧毁 870 万公顷，并呈现上升趋势 [7]。南半球的野火占全球火灾的比例相对较小（2023 年约占总燃烧面积的 30%），历史上受到的研究关注较少。尽管如此，多源卫星观测显示，中非、澳大利亚北部和南美洲部分地区的火灾活动持续很高，并表现出显著的空间和季节变异性 [8]。

虽然野火对生物多样性起着关键作用（例如栖息地异质性、种子萌发、疾病控制等），但植被的燃烧导致许多陆地物种栖息地丧失并破坏生态系统 [9]。此外，野火释放大量污染物，威胁环境以及野生动物和人类健康 [10], [11], [12]。例如，加拿大 2023 年极端火灾季节排放了约 23.7 亿吨（Mt）二氧化碳（CO?）和 1070 万吨细颗粒物（PM?.?）[13], [14]。这些野火使全球年度 PM?.?暴露量增加了 0.17 μg m?3，估计在北美和欧洲人口中导致 5400 例急性死亡和超过 64000 例慢性死亡 [15]。

野火排放各种各样的污染物。生物质燃烧不仅产生空气污染物，如粗颗粒和细颗粒物、痕量气体（即碳氧化物、氮氧化物和甲烷等）和挥发性有机化合物（VOCs），还产生更具毒性的有机污染物，如多环芳烃（PAHs），后者在生物质燃烧过程中大量形成 [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22], [23]。PAHs 被认为是加拿大《环境保护法》（CEPA）下的有毒物质 [24]，被美国环境保护署（USEPA）列为优先污染物 [25]，并受欧洲化学品管理局根据 REACH 法规（EC）No 1907/2006 管制 [26]。由于已知的致癌、发育和生殖健康后果，PAHs 排放被认为是野火期间的主要关注点 [27], [28], [29], [30]。在北美，大型野火每次事件可释放数百至数千吨 PAHs，野火已被确定为加拿大 PAHs 排放的主要来源 [31]。此外，野火释放大量持久性有机污染物（POPs），包括六氯苯（HCB）、多氯联苯（PCBs）、二噁英（PCDDs）和呋喃（PCDFs）[32], [33], [34], [35], [36]，这些物质也被列入 CEPA 下的有毒物质。尽管这些化合物从野火中释放的量相比 PAHs 较小，但由于其高持久性、毒性、长距离传输（LRT）能力以及在生物体内生物积累的倾向 [37], [38], [39]，这些 POPs 构成了重大的环境和健康风险，并引起了全球关注。此外，其他有毒有机污染物，如硝基芳香族化合物，也被报道与生物质燃烧有关，并在空气中频繁被检测到 [40], [41], [42]。

陆地环境是痕量元素的储库，火灾事件可以动员并重新释放之前储存在土壤和植被中的潜在毒性元素（PTEs）。有报道称，包括汞（Hg）、铬（Cr）、镉（Cd）、砷（As）、铅（Pb）、钴（Co）、铜（Cu）、锰（Mn）、镍（Ni）和锌（Zn）在内的几种痕量元素在火灾后会被动员和释放 [23], [43], [44]。一些 PTEs 的释放量引人注目。例如，野火已被认为是汞从土壤和植被中重新动员的主要来源 [43], [45], [46], [47]。此外，野火可以将元素从其元素形态和毒性较低的形态转化为毒性更高的化学形态。例如，有报道称野火能催化土壤和灰烬中三价铬（CrIII）向其致癌形态六价铬（Cr(VI)）的转化 [48], [49]。野火也被证明有助于将元素态汞 Hg?转化为其神经毒性和免疫毒性形态甲基汞（MeHg），后者可在食物链中生物积累和生物放大，进一步构成全球健康风险 [50]。

除了 PTEs 外，野火还可以重新动员之前施用或环境封存于燃烧区的有机污染物。例如，当野火焚烧以前用过农药的农田时，这些化学品会被重新排放到大气中。尽管许多遗留有机氯农药（OCPs）被列入《斯德哥尔摩公约》并随后被禁止或限制使用，但这些 POPs 的显著数量仍残留在环境中，并可在野火期间轻易释放 [36]。野火对污染物水平的贡献取决于几个因素，包括燃烧材料的类型和组成、火灾严重程度（例如强度和温度、燃烧面积和持续时间）、气象条件、地形和年份时间 [10]。

火灾相关污染物可以通过多种方式影响环境和人类健康。野火最直接和可见的影响是烟雾。直接恶化空气质量的烟雾和污染物，特别是对于下风向社区，与呼吸系统和心血管疾病发病率以及全因死亡率的增加有关 [15], [51], [52], [53], [54]。野火也被证明会影响心理健康，从与失去住房相关的焦虑和创伤，到物理威胁以及与搬迁相关的压力 [55]。此外，大气污染物可以长距离传输并沉积在远离火灾源的土地和水域上。含有有毒物质的燃烧灰烬会污染土壤，通过地表侵蚀和径流影响水生环境，并渗入地下水。这些污染物可被生物体吸收，随后通过食物链生物积累和生物放大 [11], [56], [57]。这构成了重大的生态关注点，也可能增加人类膳食暴露的风险，特别是对于依赖乡村/传统或当地采集食物的社区，如北方原住民群体 [58]。野火对这些暴露和影响 的贡献尚不清楚。污染物相关变化与更广泛的影响（如植被丧失、野生动物行为变化、生态系统参数改变以及人类活动限制）的交汇，展示了研究火灾相关健康结果的复杂性。

虽然火灾相关 PM 和痕量气体的影响已在世界各地得到广泛研究 [59], [60]，但较少研究关注火灾衍生的 PTEs、POPs 和其他污染物的环境和健康影响。尽管许多研究将这些污染物与野火联系起来，但它们对环境浓度的影响程度以及与其他排放来源相比的相对贡献仍然不确定，阻碍了对野火相关环境及人类健康影响的全面评估。此外，与广泛研究的野火烟雾对空气质量的影响相比，暴露于释放出的化学污染物对水生系统、食物网及相关健康结果的后果很少被调查。本综述重点关注火灾衍生的 PTEs 和类 POP 物质及其对环境和人类健康的影响，特别关注北美和亚北极地区，并在适当情况下包含来自其他地区 的补充数据。我们考察了野火如何以及在多大程度上影响这些污染物跨环境介质的情况，并探索了通过膳食摄入，特别是在北方和北极食物链中的潜在暴露途径和风险。

章节片段
综述范围和方法
主要文献检索在 Web of Science 中进行，涵盖截至 2025 年 9 月 23 日的出版物。检索词为“wildfire*" OR "forest fire*" OR "bushfire*" OR "wildland fire*"，得出 43035 个结果，涵盖不同的研究领域（图 S1），并显示出过去二十年来野火研究呈上升趋势（图 S2）。针对关注的污染物，即有机污染物和 PTEs，通过术语“PAH*" OR "polycyclic"进行了细化检索

空气中的污染物水平
大气是分散空气污染的有效介质。含有各种污染物的野火烟雾可迅速影响空气质量。除了经常研究的 PM 和痕量气体外，许多有机污染物也被报道在野火后在大气中增加 [61], [62], [63]。野火影响的环境重点污染物浓度以及野火引起的浓度变化总结在表 1 中。而不是专注于

生物体内的污染物水平及相关毒性效应
野火对动植物 的影响取决于污染物类型、浓度、形态，以及每种污染物的生物积累和生物放大倾向。野火和火后径流改变生态系统条件（例如水质、光照、浊度、温度），并将营养物质、有机物和污染物动员到水生系统中 [11]。这些过程增加了食物网基部的污染物水平和可用性。火灾严重程度、降雨/径流强度，

暴露途径和风险
野火可以通过空气、水、土壤和饮食影响人类对污染物的暴露。对野火烟雾的吸入暴露已被广泛研究。烟雾中含有细颗粒物（PM?.?）和包括 PAHs 和 PTEs 在内的众多有毒化合物，可能产生严重的不良健康影响。与野火烟雾暴露相关的健康风险已成为众多研究的主题，并已在其他地方进行了全面综述 [54], [212], [213], [214], [215], [216]，

结论和研究空白
本综述概述了野火对环境介质和生物体中污染物（即 PTEs 和类 POP 物质）的影响，并讨论了潜在的人类暴露和健康风险，重点关注北美、北极和亚北极地区。大多数研究表明，野火可以提高不同环境 compartment 中许多污染物的浓度，并在少数情况下超过环境指南。加拿大和国际研究

资金资助
这项工作得到了加拿大卫生部的支持。

CRediT 作者贡献声明
Bryan Adlard：写作 – 审查与编辑，项目行政。Faqiang Zhan：写作 – 原稿撰写，方法论，调查，数据整理。Adam Morris：写作 – 审查与编辑。Anna Delic：写作 – 审查与编辑。Cheryl Khoury：写作 – 审查与编辑，监督，资金获取。Sarah Marteinson：写作 – 审查与编辑。

利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本报告工作的出现。

致谢
我们感谢 Xinyi Wang 在图表修改和参考文献编辑方面提供的有益建议。

备注
作者声明没有竞争性财务利益。

意义声明
野火的影响已成为日益关注的问题。除了对野火排放的空气污染物的常规监测外，毒性元素和 POPs 对环境也有深远影响，但受到的关注较少，特别是关于火灾排放量相对于其他来源的规模、对环境水平的影响，以及

Faqiang Zhan|Bryan Adlard|Anna Delic|Adam Morris|Sarah Marteinson|Cheryl Khoury
中国福建省厦门市 361102 厦门大学环境与生态学院