《Atmospheric Environment》：Pollution characteristics of PM
2.5 and PM
1.0 at urban and background sites in South Korea: Focusing on health risks of PAHs and heavy metals
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分析PM2.5/PM1.0中PAHs和重金属污染的长期健康风险及来源特征，揭示冬季污染峰值、北朝鲜和中国东北传输影响，发现PM1.0致癌风险在城市区显著高于PM2.5，重金属风险在背景区更高，建议整合PM1.0管理策略。
李相镇（Sang-Jin Lee）| 李浩英（Ho-Young Lee）| 趙寅圭（In-Gyu Cho）| 金成俊（Seong-Joon Kim）| 李智怡（Ji Yi Lee）| 申惠贞（Hye-Jung Shin）| 吉成勋（Young Sung Ghim）| 金英培（Young-Pyo Kim）| 崔成德（Sung-Deuk Choi）
韩国蔚山国家科学技术院（UNIST）土木、城市、地球与环境工程系，蔚山，44919
摘要
尽管较小的颗粒物被认为对人类健康危害更大，但是否需要单独管理PM1.0仍存在争议。在本研究中，2020至2021年间，研究人员在韩国首尔的一个城市站点和邦宁岛（Baengnyeong Island）的一个背景站点分别采集了PM2.5和PM1.0样本，持续15至20天，以监测多环芳烃（PAHs）和金属的含量。两个站点在冬季的Σ13 PAH浓度均较高（首尔：PM2.5为12.6，PM1.0为9.59；邦宁岛：分别为9.37和5.58 ng/m3），而Σ10金属浓度在冬季（首尔：769和373；邦宁岛：660和340 ng/m3）和秋季（首尔：503和248；邦宁岛：403和223 ng/m3）也有所增加。 backward trajectory分析表明，中国东北部、北部以及朝鲜是主要污染源地区。邦宁岛经常受到来自朝鲜的空气团中含有的CHMs的影响。SHAP分析结果显示，季节性因素是CPAHs变化的主要驱动因素，而颗粒大小则是影响CHMs的关键因素。与PAHs相关的癌症风险在首尔更高（6.7 × 10-8和4.7 × 10-8），而重金属相关的癌症风险在邦宁岛更高（1.0 × 10-5和5.6 × 10-6）。按PM质量标准调整后的风险值显示，PM2.5的风险显著更高，这表明PAHs和重金属在PM1.0-2.5颗粒中的富集程度更高。尽管不同站点和颗粒大小的PAH来源相似，但金属来源则因颗粒大小和气象条件而异。总体而言，建议通过结合PM1.0的特性来完善现有的基于PM2.5的管理框架，以更好地保护人类健康。
引言
颗粒物（PM）根据空气动力学直径分类（例如PM10、PM2.5和PM1.0），其来源包括自然因素和人为因素（Heo等人，2016年；Lee等人，2024a年）。值得注意的是，人为产生的颗粒物和二次颗粒物的直径通常小于2.5微米（Vallero，2014年）。由于颗粒物表面积相对较大，它们能够吸附更多的污染物，并深入人体呼吸系统（Valavanidis等人，2008年）。此外，颗粒物可能含有对人体健康构成严重威胁的有害空气污染物（HAPs）（美国环保署，2019年；世界卫生组织，2016年）。因此，识别具体的污染源并评估城市地区颗粒物的相关健康风险对于有效的空气质量管理至关重要。
许多研究为PM2.5政策的制定提供了依据；然而，专门针对PM1.0的政策仍然有限。有证据表明超细颗粒物具有毒性效应（世界卫生组织，2005年），并且由于PM1.0与人为排放和二次形成的关联更为紧密，因此受到了越来越多的关注（ACRP，2008年）。美国环保署（US EPA）考虑制定专门的PM1.0标准，理由是其化学成分、表面积和颗粒数量等特性对健康有影响（Gaffney和Marley，2019年），而世界卫生组织（WHO）则认为目前的流行病学证据不足以制定PM1.0的相关指南（WHO，2021年）。在欧洲，PM1.0的监测数据较为匮乏，但对其来源的识别工作得到了重视（Rogula-Koz?owska，2023年；Wi?niewska等人，2019年）。在亚洲，早期研究将煤炭燃烧和大气化学反应确定为PM1.0的主要来源，并启动了相关监测工作（Lee等人，2006年；Saitoh等人，2008年；Wu等人，2006年），随后对这些颗粒物的污染特征和相对健康风险进行了研究（Gupta等人，2015年；Hu等人，2018年；Vuong等人，2023年）。最近的研究表明，城市中的PM1.0与工业和车辆排放的关联更为密切（Bachtiar等人，2025年；Hwang等人，2025年），并且可能与有毒金属相关的呼吸系统健康风险更高（Chou等人，2025年）。然而，也有研究表明PM2.5和PM1.0的来源和化学成分相似（Keywood等人，1999年；Vallius等人，2000年）。基于这些研究，早期观点认为可能无需单独管理PM1.0（Lee等人，2006年），但最近的研究支持进一步研究，并指出这一争议仍悬而未决（Hu等人，2022年；Zheng等人，2024年）。本研究通过提供PM1.0和PM2.5中HAPs相关健康风险的比较性长期评估，为未来的法规制定提供了重要依据。
颗粒物对人类健康的影响通常基于与其相关的HAPs浓度来评估。特别是多环芳烃（PAHs）和重金属是PM中常见的有害物质（Cohen，2000年；Quarato等人，2017年）。美国环保署认为PAHs是导致癌症和其他严重健康问题的主要原因，包括生殖障碍和出生缺陷（美国环保署，2018年）。致癌性PAHs主要存在于PM2.5或更小的颗粒中（Do等人，2024年；Lee等人，2008年）。同样，有毒重金属也常在PM2.5中富集（Kwon等人，2019年；Lyu等人，2018年）。
在韩国，许多研究关注PM污染，尤其是PM2.5。然而，基于长期监测比较PM1.0和PM2.5中HAPs对人类健康影响的研究极为有限。最近的一项研究分析了首尔和光州一年内PM2.5和PM1.0的化学成分，包括离子和碳质物质，发现这两种颗粒物的污染特征相似（Kim等人，2022a年）。尽管其他研究指出PM1.0中含有更高比例的二次离子（如SO42-、NO3-和NH4+）和有机物（Lim等人，2023年；Lim等人，2012年），但这些研究并未提供明确的证据表明两者在健康风险或管理策略上存在差异。此外，韩国受到本地排放源和中国通过西风长距离大气传输（LRAT）的PM的共同影响（Lee等人，2025b年；Lee等人，2024b年）。因此，需要通过统计分析颗粒物成分、机器学习方法和轨迹模型来区分不同颗粒大小的污染源。然而，在韩国，同时研究尺寸分辨PM中HAPs的健康风险和来源特征的研究较少。
为填补这一研究空白，本研究在首尔的一个城市站点和邦宁岛的一个背景站点进行了为期两年的PM2.5和PM1.0污染研究，以评估其相关的健康风险。主要目的是基于长期监测数据比较PM1.0和PM2.5中的HAPs污染水平和健康风险特征，并评估在韩国是否需要针对PM1.0采取额外的管理措施。
研究区域和样本采集
本研究在首尔的一个城市站点（站点SE）和邦宁岛的一个背景站点（站点BN）使用低容量PM采样器（E-FRM-230，Metone，美国）采集了PM2.5和PM1.0样本（图1）。采样工作在2020年5月至2022年1月的每个季节进行了两到三周（春季：2020年和2021年；夏季：2020年和2021年；秋季：2020年和2021年；冬季：2020年和2022年）。每个季节采集了15至20个过滤样本。
浓度和季节变化
在站点SE，PM2.5和PM1.0的平均浓度分别为20.5 ± 12.8 μg/m3和16.6 ± 10.1 μg/m3。冬季的浓度最高（PM2.5：30.8 ± 15.1 μg/m3；PM1.0：25.1 ± 11.8 μg/m3），而夏季的浓度最低（PM2.5：12.9 ± 6.8 μg/m3；PM1.0：10.4 ± 5.3 μg/m3p < 0.05）。平均而言，PM1.0占PM2.5的81.0%，这一比例在春季增加（84.6%），在秋季减少（76.4%）。在站点BN，平均...
结论
本研究调查了韩国城市和背景站点中PM2.5和PM1.0中的PAHs和金属的污染特征及其对人类健康的影响。在两个站点，冬季Σ13 PAHs的浓度均有所增加，而Σ10金属的浓度在冬季和秋季均上升。虽然估计的PAHs和重金属相关癌症风险处于美国环保署的可接受范围内（10-6至10-4），但在首尔的PAHs相关风险更高...
作者贡献声明
李浩英（Ho-Young Lee）： 数据分析。
赵寅圭（In-Gyu Cho）： 数据分析。
李相镇（Sang-Jin Lee）： 原稿撰写、方法论设计、数据分析。
申惠贞（Hye-Jung Shin）： 项目管理。
吉成勋（Young Sung Ghim）： 监督。
金成俊（Seong-Joon Kim）： 数据分析。
李智怡（Ji Yi Lee）： 资源协调。
金英培（Young-Pyo Kim）： 监督。
崔成德（Sung-Deuk Choi）： 原稿撰写、审稿与编辑、监督、项目管理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了韩国环境部资助的国家环境研究院（NIER，项目编号NIER-2021-04-02-063）的支持，同时也得到了韩国国家研究基金会（项目编号RS-2020-NR049578和RS-2023-00209329）的支持。
