实地观察发现，在中国中部，生物质燃烧和烹饪是导致PM2.5中有机酸的主要来源

《Atmospheric Environment》：Field observations reveal biomass burning and cooking as the significant sources of PM 2.5-bound organic acids in Central China

有机酸（OAs）在长沙PM2.5中的浓度从8月的362.2 ng/m3增至1月的894.1 ng/m3，C16:0（14.5%）、p-Phen（10.2%）等是主要组分，车辆排放（32.2%）和生物质燃烧（24.8%）、烹饪（20.2%）为关键来源，秋冬季生物质燃烧贡献显著升高。

　　

向子月|张润琪|李胜|徐斌|张琼伟|王俊|罗大同|刘湛|王新明

湖南农业大学环境与生态学院，中国长沙410128

摘要

有机酸（OAs）是细颗粒物（PM_2.5）的重要组成部分，不仅影响云凝结核的形成，还促进颗粒物的成核和生长。因此，阐明大气中有机酸的化学组成和主要来源至关重要，尤其是在以农业和烹饪活动为主的华中地区。本研究调查了2021年8月至2022年1月期间长沙市PM_2.5中有机酸（C₉-C₃₂单羧酸、C₄-C₁₀二羧酸、22种芳香酸）的化学特性和来源。结果表明，有机酸的总浓度从8月的362.2 ng/m³持续增加到1月的894.1 ng/m³。从化学成分来看，十六烷酸的平均浓度最高（占检测到的有机酸的14.5%），其次是对苯二甲酸（10.2%）、十八烷酸（9.6%）、琥珀酸（9.1%）和壬二酸（7.9%）。来源分析显示，车辆排放是主要贡献者（平均占32.2%）。值得注意的是，生物质燃烧（24.8%）和烹饪排放（20.2%）也起到了重要作用。特别是在10月和11月，由于秸秆焚烧活动的加剧以及周边郊区和农村地区的居民用木柴取暖，生物质燃烧的贡献率上升至32.2%。即使在农业焚烧和居民取暖活动较少的8月，生物质燃烧的贡献率也超过了20%。8月份，生物质燃烧和烹饪排放之间存在显著的相关性（R² = 0.90），这反映了当地以烧烤为主的烹饪方式，并解释了烹饪排放占比较高（平均25.0%）的原因。本研究为了解华中地区有机酸的分子组成和潜在来源提供了重要见解，强调了生物质燃烧和烹饪排放在该地区空气质量管理策略中的重要性。

引言

有机酸（OAs）不仅是细颗粒物（PM_2.5）中最丰富的有机物质，也是组成最复杂的有机化合物类别（Yu等人，2019）。由于其强烈的吸湿性，有机酸通过改变颗粒表面张力来影响云凝结核（CCN）的活性（Novakov和Pennner，1993；Facchini等人，1999），同时促进PM_2.5的形成和快速增长（Zhang等人，2004；Xu和Zhang，2012）。因此，系统地分析PM_2.5中有机酸的化学组成和来源特征为科学地缓解PM_2.5污染提供了重要的理论基础。

大气中的有机酸来源于多种途径，包括车辆排放（Liu等人，2024）、化石燃料燃烧（Kawamura等人，1985）、烹饪排放（Lin等人，2019）和生物质燃烧（Xie等人，2022）等。实地研究表明，不同地区的来源贡献存在差异（Cao等人，2017；Fan等人，2020；Li等人，2022；Fu等人，2023；Li等人，2024）。总体而言，车辆排放是城市地区有机酸的主要来源（占25%或更多）（Cao等人，2017；Fu等人，2023；Li等人，2024）。在雾霾期间，北方城市的煤炭燃烧贡献显著增加（Fan等人，2020；Li等人，2022），而在南方城市，生物质燃烧的贡献更为突出（Fu等人，2023；Li等人，2024）。近年来，随着中国对车辆排放和煤炭燃烧源的严格控制，之前被忽视的来源（如烹饪排放和生物质燃烧）的贡献变得越来越明显。先前的研究表明，燃烧1公斤稻草会释放约367毫克脂肪酸和90毫克芳香酸（Li等人，2020）。一个家庭炉灶每年会排放多达12.4公斤的PM_2.5，其中有机酸占烹饪相关PM_2.5的17-23%（He等人，2004；Wang等人，2015）。中国的烹饪方式通常以辛辣、油腻和高温翻炒为主，这进一步增加了有机酸的排放（Zhao等人，2015；Li等人，2023）。根据来源排放研究，生物质燃烧和烹饪排放被认为是中国有机酸的主要来源。然而，目前的现场观测研究尚未能够准确量化这些排放量，导致对其理解存在持续不确定性。因此，迫切需要进一步研究以填补这些知识空白。

近年来，随着中国空气污染控制工作的推进，受PM_2.5污染影响的区域已从沿海城市群扩展到内陆城市群，例如华中三角区（TCC）（Song等人，2022；Kan等人，2023）。作为中国的主要农业基地和人口密集走廊，TCC地区在能源结构（如缺乏集中供暖）和经济活动方面与北方大城市和沿海地区存在显著差异（Cheng等人，2025）。此外，该地区长期受到露天秸秆焚烧和城市烹饪的影响。尽管在多个国家和地区进行了广泛的研究，但对于具有典型农业活动和缺乏集中供暖的城市烹饪特征的内陆地区，人们对有机酸的化学组成、来源和影响的了解仍然有限。

长沙是TCC地区的核心城市，属于中国PM_2.5污染水平较高的地区。近年来，长沙经历了快速的经济增长和繁荣的餐饮业（以高油量、辛辣的湖南菜为特色）。靠近洞庭湖平原加剧了生物质燃烧对空气质量的影响。然而，PM_2.5中有机酸的特性、来源和影响仍不明确。填补这一知识空白对于全面了解华中地区PM_2.5中有机酸的特性、来源和影响至关重要。因此，我们在长沙市进行了持续的PM_2.5监测，旨在：1）研究TCC地区城市中PM_2.5中有机酸的组成特征和季节变化；2）量化该地区有机酸的来源贡献。

部分内容摘要

现场采样

采样地点位于湖南省环境科学研究院办公楼屋顶（113.03°E，28.13°N），距地面约20米。该地点位于长沙市中心，周围有学校、居民区和餐馆。人口密集，商业活动较为发达。采样点周围有三条主要城市道路，交通繁忙。这三条道路分别距离采样点250米、550米和650米。

有机酸的浓度和时间变化

图1显示了PM_2.5、有机碳（OC）、量化有机酸和关键气象参数的时间序列。在观测期间，长沙市PM_2.5中有机酸的平均浓度为674.3 ng/m³（范围：195.8-1,732.0 ng/m³），占有机碳的6.7%（范围：2.2%-27.08%）。C₉-C₃₂单羧酸、C₄-C₁₀二羧酸和芳香酸的平均浓度分别为286.5 ng/m³（范围：73.8-768.5 ng/m³）、158.2 ng/m³（范围：35.1-497.5 ng/m³）和229.4 ng/m³（范围：

结论

长沙市PM_2.5中有机酸的平均浓度从2021年8月的362.2 ng/m³增加到2022年1月的894.1 ng/m³。值得注意的是，受生物质燃烧活动加剧的影响，10月的有机酸平均浓度比9月上升了49.6%。在组成分布方面，C_16:0的平均浓度最高，占检测到的有机酸的15.0%，其次是p-Ph（10.3%）、C_18:0（9.6%）、diC₄（9.1%）和diC₉（7.9%）。

作者贡献声明

刘湛：监督。王新明：写作——审稿与编辑、资金获取、数据管理、概念构思。张润琪：写作——审稿与编辑、初稿撰写、调查、资金获取、正式分析、数据管理。李胜：写作——审稿与编辑、初稿撰写、监督、资金获取、正式分析、数据管理、概念构思。向子月：初稿撰写、正式分析。王俊：初稿撰写：

利益冲突声明

作者声明与本研究无利益冲突。我们声明与所提交的工作没有任何商业或关联利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：42207135）、湖南省自然科学基金（编号：2023JJ40361）、山西省科技创新项目（2024L564/2024L563）和山西省基础研究计划（202403021222376）的支持。