越南南部粒径分辨的大气元素：来源特征、城市与工业区对比、呼吸道沉积及多途径健康风险评估

《Atmospheric Pollution Research》：Size-resolved atmospheric elements in Southern Vietnam: source characteristics, urban-industrial contrasts, respiratory deposition, and multi-pathway health risk assessment

　　

摘要

粒径分级颗粒物（PM）分析对于大气污染研究至关重要，但在东南亚地区，特别是在快速城市化和工业化的地区，相关研究仍然有限。我们全年开展了研究，在越南南部城市（UB）和工业区（IN）采样点，对PM_<0.5、PM_0.5-1、PM_1-2.5、PM_2.5-10和PM _{> 10}中20种元素进行了检测。在两个采样点，浓度超过100 ng m^?3的元素包括Al、Ca、Fe、Zn、K和Mg。浓度在10-100 ng m^?3之间的元素包括Ti、Pb、Mn、Cu和Ba，其余元素浓度低于10 ng m^?3。总体而言，IN点的多数元素浓度显著高于UB点。观测到明显的季节性变化，旱季元素浓度约为雨季的两倍，特别是在PM₁中。地壳元素主要与粗颗粒物相关，而人为源元素主要与细颗粒物相关。富集因子和主成分分析表明，UB点颗粒物主要受交通排放影响，而IN点颗粒物主要来源于机械工业活动、表面处理工艺和燃烧源。沉降模型表明，地壳元素主要以头部区域沉积为主（77%），而人为源元素在气管支气管和肺泡区域沉积比例较高（7-13%）。健康风险评估显示，IN点儿童面临显著升高的非致癌风险（HI = 1.56）和致癌风险（TCR = 2.45 × 10^?3），主要贡献元素为Pb、Ni和Cr。这些发现凸显了在东南亚快速城市化地区，特别是在工业区，开展粒径特异性监测和目标性排放控制策略的紧迫性。

引言

由于元素具有严重的毒性、持久性、不可生物降解性以及生物富集潜力，大气中元素的污染已成为日益引起关注的问题（Lyu等，2017；Gustin等，2021；Dahari等，2021；Nguyen等，2024）。这些元素来源于人为活动和自然来源（如交通、工业操作、建筑活动、冶炼和火山喷发），使大气成为此类污染物的重要蓄积库（Lin等，2015；Dai等，2015；Truong等，2022；Matthews等，2022）。工业区由于活动多样且密集，与典型城市区域相比，有毒元素暴露风险显著更高（Gugamsetty等，2012；Dai等，2015）。这种高风险不仅源于工业过程中元素排放的量及其多样性，还源于环境控制措施往往不足（Wang等，2022）。鉴于并非所有元素在生物系统中表现一致，有必要针对其毒理学特征进行分组考虑（Gustin等，2021）。例如，Dai等（2015）报道，工业区所有受测元素浓度均比附近城市背景点高1.0至3.6倍，其中Fe、Zn和Pb尤为突出。一旦释放，许多这些元素可持久存在于环境中且不会降解，导致累积暴露风险增加（Nguyen等，2024）。这种持久性加剧了它们对生物体，尤其是人类构成的风险（Zhu和Costa，2020；Mamun等，2020；Gustin等，2021）。

As、Cd、Cr、Pb和Zn等有毒元素主要富集于细颗粒物中，而Al、Ca、Fe和Mg等地壳元素主要与粗颗粒物（PM_>2.5）相关（Clements等，2014）。细颗粒物（PM_<2.5）可深入穿透呼吸系统，长期暴露下增加健康损害风险（Lyu等，2017）。As、Ni、Cd和Cr等元素被国际癌症研究机构（IARC）列为致癌物，而Pb被认为可能是致癌物。As、Cd、Cr(VI)和Ni与氧化性DNA损伤相关，而Pb和Hg倾向于生物富集，导致慢性神经毒性和肾毒性效应（Onjia等，2022；Nguyen等，2024）。此外，Pb、As和Ni与心血管疾病和肾脏疾病相关（Khoshakhlagh等，2024；Nguyen等，2024）。尽管大气元素在空气中颗粒物中占比很小，但它们可通过摄食、皮肤吸收或吸入显著影响人类健康（Gugamsetty等，2012；Lyu等，2017）。例如，接触某些元素与呼吸系统疾病、心血管疾病和神经功能障碍相关（Fiordelisi等，2017）。此外，它们产生活性氧物种（ROS）并诱导氧化应激的能力进一步增强了其毒性（Wang等，2015；Lyu等，2017；Wu等，2022）。这些危害凸显了监测和缓解大气污染以保护公共健康和生态系统的紧迫性。

大气颗粒物粒径在决定颗粒毒性和相关健康风险方面起着关键作用，因为它影响颗粒在整个呼吸道的沉积分布（Seinfeld和Pandis，2016；Wang等，2015；Guo等，2021）。流行病学和毒理学证据一致表明，PM暴露与呼吸系统和心血管疾病风险增加、过早死亡、氧化应激及炎症反应相关（Li等，2022；Galon-Negru等，2019；Wang等，2022）。细颗粒和超细颗粒通常健康危害更大，因为它们能有效穿透至气管支气管和肺泡区域，部分颗粒甚至可能进入血液循环（Rovelli等，2020；Wu等，2022；Lyu等，2017）。相比之下，粗颗粒更容易沉积在上呼吸道，包括鼻腔、口腔和咽喉（Ooi等，2023）。

以往研究表明，颗粒结合元素表现出明显的粒径依赖性，人为源元素通常富集于细颗粒中，且在交通和工业区附近常观测到较高浓度（Chen等，2013；Lyu等，2017；Matthews等，2022；Wu等，2022）。化学计量学方法也被越来越广泛地用于支持模式识别、污染源识别以及痕量污染物的生态或人体健康风险评估（Onjia等，2022）。然而，现有大多数研究均在温带地区或单一地点开展，全年对比观测不同城市和工业环境的研究仍然有限。在热带东南亚地区，这一知识空白尤为突出，因为季风环流、快速城市化和混合工业排放可能显著影响粒径分布、源特征及相关健康风险。在越南，以往研究主要关注TSP、PM₁₀和PM_2.5等整体颗粒组分，侧重单一地点的元素组成或源识别（Truong等，2022；Hien等，2022；Dat等，2025）。因此，关于粒径分辨率下元素行为和粒径依赖性健康风险的对比信息仍然匮乏。本研究针对这些空白开展以下工作：（1）调查越南南部城市和工业区大气中粒径分辨率下20种元素的特征；（2）识别本地和区域来源对这些元素的潜在贡献；（3）评估不同粒径组分的健康风险。本研究首次对越南南部城市和工业环境中粒径分辨率下的颗粒物元素进行了全年并排比较，并为城市化与工业化如何塑造热带东南亚地区元素PM及相关暴露风险提供了新证据。

章节摘要

采样点描述

在两个采样点采集粒径分级PM样品，分别为城市采样点（Thu Duc - UB；10.851°N，106.772°E）和工业采样点（Bien Hoa工业区 - IN；10.908°N，106.846°E）。UB点位于胡志明市工业技术大学（HCM-UTE）中央大楼顶部（第13层）（图S1）。该点位于人口稠密的城市区域，人为活动密集，包括交通排放等，

元素特征与时空变异性

表S5总结了UB和IN两个采样点PM质量浓度及20种元素的特征，结果表明所有粒径分级中IN点的粒径分辨率PM质量浓度始终高于UB点。细颗粒（≤2.5 μm）表现出显著增强，IN点浓度明显更高（Wilcoxon符号秩检验，p < 0.01），而粗颗粒（>2.5 μm）在两个采样点之间无显著差异（p > 0.05）。这

结论

本研究揭示了颗粒物元素组成存在显著的空间和时间变化，工业活动对细颗粒富集影响更为强烈，而季节变化模式可能受季风天气影响。UB区域的元素特征与交通排放相关影响一致，而工业采样点表现出与其他地区报告的中等污染工业区相似的特征。粒径分辨率分析

CRediT作者贡献声明

Nguyen Duy Dat：撰写——初稿、监督、项目管理、方法论、调查研究、概念构思。Le Quoc Hau：撰写——审阅与编辑、方法论、调查研究、形式化分析、数据管理。Tran Thi Ai My：概念构思。Perapong Tekasakul：资源、概念构思。Racha Dejchanchaiwong：资源、概念构思。Masami Furuuchi：资源、概念构思。Chuen-Jinn Tsai：资源。Ly Sy Phu Nguyen：撰写——审阅与编辑、监督，

资金支持

本工作属于越南教育与培训部资助的项目（项目编号：B2025-SPK-04），由胡志明市工业技术大学承办。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢教育与培训部提供的资金支持，使本研究得以开展。作者还感谢胡志明市工业技术大学为本项目提供采样和分析条件及设施。同时感谢Nguyen Duc Trong先生和Chau Thi Huyen Trang女士在采样工作中的支持。

Nguyen Duy Dat|Le Quoc Hau|Tran Thi Ai My|Perapong Tekasakul|Racha Dejchanchaiwong|Masami Furuuchi|Chuen-Jinn Tsai|Ly Sy Phu Nguyen

胡志明市工业技术大学化学与生命科学系，越南胡志明市Thu Duc区