近日，南京信息工程大学章炎麟教授团队研究成果《Specific sources of health risks induced by metallic elements in PM2.5 during the wintertime in Beijing, China》于2020年12月发表在Atmospheric Environment杂志。该研究使用重金属数据评估北京冬季大气中有毒金属对健康的影响。耶鲁-南京信息工程大学大气环境中心博士生范美益为第一作者，章炎麟教授为通讯作者，该研究得到国家重点研发计划（2017YFC0212704）和江苏省双创团队支持。
华北平原冬季雾霾污染频繁发生，在大气气溶胶中，虽然重金属浓度仅占PM2.5质量浓度约为2 – 8 %，但其中某些具有毒性的金属对人体健康造成极大威胁。目前已经有很多研究对中大气中金属的浓度特征、来源及健康效应进行研究但将排放源与重金属的健康风险联系起来的研究十分有限。本研究对北京2018年冬季的PM2.5样品进行收集并对23种金属元素进行测定，对有毒金属诱发的癌症和非癌症风险进行评估并使用正定矩阵因子分解（PMF）模型对金属元素来源及其健康风险进行定量解析。自2018年冬季北京地区的居民取暖由燃煤转变为电力供暖，可能导致北京市重金属来源及其健康风险发生显著变化。本研究探讨了北京市“禁煤”后PM2.5中金属元素的健康风险及其来源，为政府制定措施改善空气质量、降低健康风险提供有力依据。
研究期间，总金属元素占PM2.5的比重为5 %，由有毒金属诱发的致癌风险度（cancer risk，CR）对于成人和儿童分别为1.41 × 10-4和2.59 × 10-4, 明显高于US EPA建议的可接受值（1 × 10-6）；而非致癌风险度（non-cancer risk，NCR）对于成人和儿童分别为2.59和3.37，均大于可接受值1，说明具有明显的非致癌风险。镍（Ni）、砷（As）和铬（Cr）是致癌风险的主要贡献元素。砷（As）是儿童非致癌风险的主要贡献金属，贡献了57 %的NCR值；锰（Mn）、镍（Ni）和砷（As）是成人NCR的主要贡献物种。根据PMF模型的结果得出交通相关排放和重油燃烧是CR值的主要来源（图1），其中交通源对儿童和成人致癌风险的贡献率分别为25 %和30 %，重油燃烧对儿童和成人致癌风险的贡献率分别为39 %和28 %。此外，局地排放引起的致癌风险高于远距离输送的大气污染（图2），并且本地交通排放和长距离运输的重油燃烧使北京市CR值升高，威胁人类健康。因此，政府应认真考虑对本地和区域范围内交通排放和重油燃烧源进行控制，以降低北京的健康风险。
图1 不同污染时期各污染源对健康风险的贡献。
图2 气团传输对于北京市大气PM2.5重金属健康风险的影响。