喜马拉雅地区生物源气溶胶的空间变异性及关键环境驱动因素

《Journal of Environmental Sciences》：Spatial variability of biogenic aerosols and key environmental driving factors in the Himalayan region

　　

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  生物源气溶胶浓度在喜马拉雅地区呈现空间梯度分布特征。
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  生物源气溶胶的变化部分受到矿物粉尘、温度和氧化剂协同效应的影响。
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  印度-恒河平原已被确定为喜马拉雅地区生物源气溶胶的潜在源区。

引言

生物源气溶胶被认为是有机气溶胶的主要来源之一，包括初级生物气溶胶颗粒物（PBAPs）和生物源二次有机气溶胶（Elbert等，2007；Fr?hlich-Nowoisky等，2016；Verma等，2021）。研究表明，生物源气溶胶影响着自由对流层气溶胶群体，这对云的形成和辐射平衡具有重要影响（Bianchi等，2020）。PBAPs构成生物源气溶胶的重要组成部分，来源于真菌孢子、细菌、病毒、植物碎片和花粉（Bauer等，2008；Simoneit等，2004b）。这些颗粒物会对人类健康产生不利影响，并显著影响全球环境（Hill等，2017；Zamfir等，2019）。阿拉伯糖醇、甘露醇和葡萄糖被广泛用作PBAPs的示踪物，以评估其对气溶胶负荷的贡献（Simoneit等，2004b；Weber等，2019）。具体而言，阿拉伯糖醇和甘露醇用于定量真菌孢子（Samaké等，2018；Verma等，2018），而葡萄糖则常用于追踪植物材料（如花粉、叶片碎片）和土壤排放的贡献（Rathnayake等，2017；Zhu等，2016）。

PBAPs的丰度、分布和大气转化受环境因素复杂交互作用的控制。例如，甘露醇和阿拉伯糖醇的浓度在降雨后被发现增加，并与相对湿度呈强相关性（Marynowski和Simoneit，2022；Zhu等，2016）。较高的温度刺激了微生物活性，导致真菌孢子和植物碎片的排放增加，尤其是在季风季节（Liang等，2016；Zhu等，2015）。除一次排放外，生物源气溶胶成分的变化还受环境因素的影响，包括矿物粉尘相互作用和大气氧化剂。矿物粉尘可通过共运输和再悬浮地表相关的生物材料来影响生物源气溶胶的丰度（Zheng等，2024）。然而，在季节性大气环流模式下，矿物粉尘和其他环境因素在调节地表相关生物材料的风驱动再悬浮中的作用仍知之甚少。

青藏高原（TP）是全球对气候变化最敏感的地区之一，过去几十年来的升温速率约为全球平均水平的两倍（Yin等，2021）。在青藏高原南坡，茂密的森林和高降雨量共同促进了生物源气溶胶的排放（Feltracco等，2019）。以往在青藏高原开展的研究表明，初级生物气溶胶是大气气溶胶组成的重要组成部分，表现出显著的季时间和空间变异性，其中真菌孢子和植物碎片是主要的贡献者（Wan等，2023；Zhu等，2020）。例如，与真菌孢子相关的有机标志物在内陆和东南高原站点的季风季节达到峰值（Wan等，2023；Cui等，2023；Fu等，2026）。同时，来自南亚的气团频繁地将各种污染物输送到青藏高原（Yin等，2021）。从沙漠地区输送来的矿物粉尘可能影响着这些生物源气溶胶的大气处理过程。在青藏高原不同气候区之间的初级生物气溶胶空间变异性仍未得到充分约束。此外，粉尘输送在调节初级生物气溶胶大气处理和转化过程中的作用仍知之甚少。

在本研究中，我们表征了喜马拉雅地区的PBAPs以及真菌孢子来源有机碳和植物碎片有机碳（FSPD OC），并分别估算了它们对气溶胶负荷和有机碳的贡献。我们评估了环境因素对生物源气溶胶变异性影响，并识别了潜在源区。主要目标是阐明生物源气溶胶的空间分布特征，并评估环境驱动因素沿喜马拉雅地区的作用。

章节摘要

采样站点与采样方法

采样站点设置于喜马拉雅地区，包括普兰（30.32°N，81.17°E），采样时间为2020年7月至2021年7月； Yadong（27.52°N，88.97°E），采样时间为2021年10月至2022年11月；以及措玉（28.50°N，97.02°E），采样时间为2022年12月至2023年12月（表S2）。三个站点的气象数据显示年际变率仅为较小程度（表S1）。如图1所示，采样站点的主要植被类型为森林和草地。基于

生物源气溶胶示踪物的空间和时间变化

生物源气溶胶示踪物的浓度在喜马拉雅地区表现出显著的空间差异。在采样期间，阿拉伯糖醇的平均浓度在亚东最高（24.7 ± 14.0 ng/m³），其次为措玉（22.6 ± 24.4 ng/m³）和普兰（14.8 ± 23.5 ng/m³）。阿拉伯糖醇浓度范围从0.4到117.7 ng/m³。甘露醇浓度在措玉（16.3 ± 16.7 ng/m³）高于亚东（12.8 ± 11.2 ng/m³）和普兰（10.1 ± 12.5 ng/m³），

结论

本研究调查了喜马拉雅山脉生物源气溶胶的空间和时间变化，以及驱动空间异质性和季节格局的环境因素。阿拉伯糖醇、甘露醇和葡萄糖被用作分子示踪物来表征生物源气溶胶。阿拉伯糖醇和葡萄糖的最高浓度分别在亚东观测到（分别为24.7 ng/m³和35.4 ng/m³），而甘露醇浓度在措玉达到峰值（16.3 ng/m³）。PBAPs和

数据可用性

数据可根据要求提供。

CRediT作者贡献声明

李瑞：写作 – 原稿撰写、方法论、形式分析。朱崇树：写作 – 审阅与编辑、监督、资金获取、概念化。曲瑶：数据管理。王楠：调查研究。施菊莲：调查研究。王璐瑶：调查研究。刘随心：监督、调查研究。黄红：概念化。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：42277098）和第二次青藏高原综合科学考察研究计划（STEP，项目编号：2019QZKK0602）的资助。

李瑞|朱崇树|曲瑶|王楠|施菊莲|王璐瑶|刘随心|黄红