较低PM2.5浓度下颗粒态PAH毒性降低不完全：来自中国昆明的证据

《Environmental Pollution》：Incomplete Reduction of Particle-Bound PAH Toxicity under Lower PM 2.5 Conditions: Evidence from Kunming, China

　　

摘要

PM_2.5质量浓度的下降并不一定意味着有害颗粒结合成分的等比例减轻。我们调查了中国昆明16种优先PM_2.5结合多环芳烃，并比较了高PM_2.5阶段和低PM_2.5阶段之间它们的浓度、BaP_eq负荷、颗粒归一化的毒性当量强度、与来源相关的模式以及吸入致癌风险。从高PM_2.5阶段到低PM_2.5阶段，PM_2.5、ΣPAHs和BaP_eq分别降低了32.7%、27.4%和31.4%。协变量调整模型证实ΣPAHs和BaP_eq显著降低了28.8%和33.5%，而代表每单位PM_2.5质量所携带的实测颗粒结合多环芳烃的BaP当量负荷的BaP_eq/PM_2.5未显著下降（?7.6%，p = 0.274），BaP_eq/ΣPAHs也仅小幅下降（?6.5%，p = 0.026）。4–6环PAHs的贡献始终保持在81%以上，而在两个阶段中，BaP和二苯并[a,h]蒽合计占BaP_eq的82%以上。PAH-PMF结果（保守地解释为与来源相关的化学模式）表明燃烧相关PAH特征持续存在，而RF–SHAP分析确定含碳成分和某些金属相关成分为绝对BaP_eq的主要预测因子。尽管颗粒负荷较低，40.3%的模拟成人ILCR值超过10^-6。这些结果表明，颗粒质量和绝对有害成分负荷的减少可能与每单位颗粒质量的持续毒性当量强度并存。因此，联合评估PM_2.5、BaP_eq和BaP_eq/PM_2.5可以为有害颗粒成分的以毒性为导向的管理提供实用框架。

引言

减少细颗粒物（PM_2.5）长期以来一直是中国空气污染控制的关键目标。在过去十年中，能源结构调整、工业和机动车排放控制以及区域协调等措施显著降低了PM_2.5浓度并改善了公众健康（Ding等，2019；Zhao等，2024）。随着更新的环境空气质量标准（GB 3095—2026）的实施，管理正从控制高污染水平转向低PM_2.5条件下的精细化健康风险管理（生态环境部和国家市场监督管理总局，2026）。尽管PM_2.5质量浓度仍是主要的监管指标，但健康风险并非仅由质量决定。由于其化学异质性，来自不同来源的PM_2.5可能表现出不同的毒性（Kelly和Fussell，2012；Lippmann等，2013；Weichenthal等，2024）。最近的研究表明，基于质量的控制可能低估了高毒性成分的影响，强调需要同时减少颗粒质量和每单位质量的毒性，并推动开发成分调整的PM_2.5标准，以更好地考虑由成分差异引起的毒性差异（Wu等，2022；Zheng等，2025；Shi等，2026）。

多环芳烃是PM_2.5中关键的有毒有机成分，主要来自不完全燃烧。它们通过氧化应激、遗传毒性和致癌性对健康构成风险（IARC，2010；Kelly和Fussell，2012；Shiraiwa等，2012）。主要来源包括居民用能、交通和工业燃烧（Luo等，2024；Zheng等，2025）。与主体成分相比，中、高环PAHs具有更强的颗粒亲和力和更高的毒性当量因子，使其风险既取决于浓度也取决于成分（Nisbet和LaGoy，1992；IARC，2010）。苯并[a]芘当量浓度（BaP_eq）被广泛用于表征PAHs的毒性当量负荷。在本研究中，BaP_eq/PM_2.5表示每单位PM_2.5质量所携带的毒性当量负荷，而BaP_eq/ΣPAHs表示每单位总PAHs质量的毒性当量强度。联合评估PM_2.5、BaP_eq以及这些归一化指标可以区分颗粒质量和绝对PAH负荷的变化与毒性加权成分的变化。

PM_2.5及其化学成分对排放和活性变化的响应具有高度非线性。短期排放扰动数据集表明某些一次排放和污染物显著减少，但PM_2.5、NO₂、O₃和二次成分的响应往往不同步，因为它们受排放变化、气象、大气氧化和二次气溶胶生成的共同影响（Le Quéré等，2020；Doumbia等，2021；Kroll等，2020；Huang等，2021；Gkatzelis等，2021；Hammer等，2021；Shi等，2021；Heald等，2026）。毒性响应也具有来源依赖性：交通相关活动的减少可以降低某些站点的颗粒氧化潜能，但在城市背景环境或受持续燃烧源影响的区域则观察到较弱的毒性降低（Altuwayjiri等，2021；Pietrogrande等，2022；Borlaza等，2023）。此前对PM_2.5结合PAHs的研究已全面表征了其时空分布、PMF解析的来源、区域传输和来源特异性吸入致癌风险（Ali-Taleshi等，2021）。活动扰动研究也报告了绝对PAH浓度的下降（Zhang等，2020；Feng等，2023）。然而，较少关注低PM_2.5负荷是否伴随着绝对PAH毒性当量负荷的等比例下降以及每单位颗粒质量所携带的毒性当量负荷的变化。这一区别在低PM_2.5条件下仍未得到充分考察。

昆明是中国西南部的一座旅游城市，PM_2.5浓度偏低至中等水平，为研究清洁颗粒质量条件下的PAH毒性提供了合适的案例。其颗粒物污染受交通排放、居民活动、区域传输和燃烧来源的影响，重工业有限。2021–2024年期间，实测PM_2.5浓度在两个采样期间显示出明显的时空对比，而旅游和客运交通指标被用作描述当地活性并发变化的背景信息。该采样窗口使得PAH毒性可以在不同PM_2.5负荷条件下进行比较。随着昆明PM_2.5水平接近未来的监管目标，它提供了关于在较低颗粒质量条件下毒性风险是否持续存在的见解。因此，本研究以昆明为观测案例，在不同PM_2.5负荷阶段区分三个相关响应：颗粒质量、绝对PAH毒性当量负荷和颗粒归一化的毒性当量强度。通过分离这些响应，本研究扩展了传统的基于浓度、来源和风险的PAH评估。协变量调整的阶段比较与PAH分子成分、PAH-PMF来源相关模式、绝对BaP_eq的RF–SHAP分析以及Monte Carlo吸入风险评估相结合。本研究解决四个问题：（1）低PM_2.5阶段是否与较低的ΣPAHs和BaP_eq相关；（2）ΣPAHs/PM_2.5、BaP_eq/ΣPAHs和BaP_eq/PM_2.5是否呈现等比例阶段变化；（3）哪些化学、成分和来源相关特征与所观察到的PAH毒性模式相关；（4）这些结果对以健康为导向的PM_2.5监测和控制有何启示。

章节摘要

采样点与PM_2.5样品采集

在昆明建立了城市受体采样网络，以表征不同PM_2.5负荷条件下PM_2.5结合PAHs的浓度、成分、来源和毒性风险。三个采样点位于昆明主城区或城市功能区，共同受交通排放、居民活动、商业活动和区域传输的影响。其位置和周边环境见附图S1和

PAH负荷下降但单位毒性强度维持

从高PM_2.5阶段到低PM_2.5阶段，平均PM_2.5浓度从30.63 ± 11.03降至20.60 ± 12.55 μg m^-3，降幅为32.7%。ΣPAHs从11.38 ± 3.33降至8.27 ± 2.24 ng m^-3，BaP_eq从2.27 ± 0.83降至1.56 ± 0.54 ng m^-3，降幅分别为27.4%和31.4%。Mann–Whitney U检验显示两个阶段之间ΣPAHs和BaP_eq均存在显著差异（p < 0.001；图1a、b）。这些结果表明从

结论

昆明两个PM_2.5负荷阶段的观测对比显示，低PM_2.5阶段PM_2.5、ΣPAHs和绝对BaP_eq负荷显著降低，而调整后的BaP_eq/PM_2.5未显著下降。指标分解显示ΣPAHs/PM_2.5几乎未变，BaP_eq/ΣPAHs仅小幅下降，解释了颗粒归一化毒性当量强度的有限变化。高TEF PAHs仍占主导地位。RF–SHAP将绝对BaP_eq的变化与

CRediT作者贡献声明

赵群：验证、资源、调查。杜威：验证、资源、调查。韩欣宇：写作——审阅与编辑、监督、项目管理、方法学。赵辰阳：写作——原稿、可视化、调查、形式分析、数据整理。钟遥谦：验证、调查。田森霖：验证、调查。宁平：写作——审阅与编辑、监督、资源。石建武：写作——审阅与编辑、监督、资金支持

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

数据可用性

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致谢

本研究部分得到了云南省科学技术厅社会发展科技重大专项（项目编号202603AC100006）、云南省科学技术厅基础研究重点计划项目（项目编号202401AS070116）以及国家自然科学基金（项目编号21966016）的支持。

赵辰阳|韩欣宇|田森霖|钟遥谦|杜威|赵群|石建武|宁平

昆明理工大学环境与能源学院，昆明 650500，中国