欧洲一个大气氨污染严重地区的PM2.5成分

《Environmental Pollution》：PM2.5 composition at an atmospheric ammonia hotspot in Europe

　　米格尔·埃斯库德罗（Miguel Escudero）| 纳维蒂达·米格尔（Natividad Miguel）| 何塞·埃尔南德斯·德·拉·托雷（José Hernández de la Torre）| 米格尔·阿纳（Miguel Arner）| 朱莉娅·马林-萨埃斯（Julia Marín-Sáez）| 胡安·希罗（Juan Hierro）| 安德烈斯·阿拉斯特韦（Andrés Alastuey）| 赫罗尔·克雷奥尔（Xavier Querol）| 克里斯蒂娜·雷切（Cristina Reche）| 阿马莉亚·穆尼奥斯（Amalia Mu?oz）| 埃斯特her·博拉斯（Esther Borrás）| 乔治·佩伊（Jorge Pey）
西班牙萨拉戈萨大学应用物理系，工程与建筑学院，玛丽亚·德·卢纳3号，50018

**摘要**
细颗粒物（PM2.5）污染对人类健康、生态系统和气候构成重大环境风险，这不仅在欧洲普遍存在，在全球范围内也是如此。氨气（NH3）主要来自农业和畜牧业活动，是二次颗粒物形成的重要前体气体；然而，它在欧洲的法规中几乎未受到监管，并且常规空气质量监测网络中也很少对其进行监测。本研究调查了欧洲一个重要农业地区（中央埃布罗河谷，CEV）内PM2.5的化学成分、形成机制及其潜在来源，该地区被认为是大气中氨气的高浓度热点。研究人员在冬季和夏季两个不同季节进行了两次密集的监测活动，收集了相关数据。结果显示，该区域处于氨气饱和状态，这种状态从根本上控制了PM2.5的形成过程，并导致了严重的区域污染事件。氨气的丰富存在被认为是促进二次无机气溶胶（SIA）高浓度生成的关键因素，尤其是在冬季。此外，夏季特有的大气运动模式，由于行星边界层（PBL）的强烈发展，增强了该地区作为地中海盆地大气氨气储存库的作用，使其成为南欧的主要污染源。基于正矩阵分解（PMF）的初步来源贡献分析确定了五个具有明显季节性的因素，证实了农业和畜牧业氨气排放、生物质燃烧、干旱地表矿物重新悬浮以及非洲尘埃入侵在夏季对PM2.5污染的显著影响。本研究强调了在农业和畜牧业部门实施减排政策对于有效降低本地和区域PM2.5水平的重要性。

**引言**
尽管污染物水平有所下降，但空气污染仍然是欧洲面临的关键环境问题。欧洲环境署报告称，2022年有239,000人因长期接触PM2.5而过早死亡。PM2.5与呼吸系统疾病（哮喘、慢性阻塞性肺病、肺癌）和心血管疾病（中风、心力衰竭）有关，同时也会导致神经系统疾病和糖尿病（世界卫生组织，2021年；Best Rogowski等人，2025年）。此外，PM2.5还会导致生态系统富营养化和酸化（Rai，2016年），改变地球的能量平衡（IPCC，2023年），并损坏材料（Al-Thani等人，2018年）。PM2.5是一种由固体和液体气溶胶组成的复杂混合物，其中二次无机气溶胶（SIA），主要是硫酸铵（(NH4)2SO4）和硝酸铵（NH4NO3），占PM2.5的很大比例。这些气溶胶是通过SO2、NO2和NH3的气相到颗粒相转化过程形成的（Behera和Sharma，2012年）。然而，欧洲对这些前体气体的减排措施并不均衡（欧洲环境署，2025年）。自2005年以来，SOx和NOx的排放量分别减少了84%和53%，而NH3仅减少了17%。由于初级PM2.5的排放量也减少了37%，因此二次颗粒物在欧洲细颗粒物中的占比逐渐增加（Chen等人，2022年）。

氨气是大气中的主要碱性气体，其对健康的最大影响是促进细颗粒物的形成（世界卫生组织，2021年，2025年）。虽然气态氨在工业或农业环境中高浓度时会引起急性问题（Wing和Wolf，2000年；Naseem和King，2018年），但长期暴露于低浓度氨气也会带来风险（Wyer等人，2022年）。氨气还显著促进了氮污染，导致陆地和水生生态系统的酸化和富营养化（Fowler等人，2015年）。大约93%的欧洲氨气源自农业和畜牧业（Sutton等人，2008年）。在城市地区，其他来源也成为重要污染源；例如，新型柴油车中的选择性催化还原（SCR）技术会产生大量氨气排放（Hopke和Querol，2022年）。此外，城市氨气水平与垃圾箱密度相关（Reche等人，2012年）。卫星数据和模型分析显示，欧洲有三个氨气热点区域：中欧（化肥使用和畜牧业）、波河谷（工业/交通排放和不利气象条件）以及中央埃布罗河谷（集约化农业）。

**方法与数据**
数据收集于两个气候条件不同的监测活动期间：夏季（2022年7月7日至22日）和冬季（2023年2月23日至3月10日）。
**结论与未来研究**
本研究通过对中央埃布罗河谷这一氨气高浓度地区的PM2.5化学成分、形成途径和来源进行详细分析，提供了实证证据，表明集约化畜牧业排放是该地区颗粒物污染的主要原因。结果还强调了生物质燃烧和农业相关矿物物质重新悬浮的显著影响。

**作者贡献声明**
米格尔·埃斯库德罗（Miguel Escudero）：撰写、审稿与编辑、可视化、监督、资源协调、项目管理、方法学研究、资金获取、数据分析、概念构建。
纳维蒂达·米格尔（Natividad Miguel）：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理。
何塞·埃尔南德斯·德·拉·托雷（José Hernández de la Torre）：撰写、审稿与编辑、可视化、资源协调、方法学研究、数据分析。
米格尔·阿纳（Miguel Arner）：撰写、审稿与编辑、资源协调、数据分析。
朱莉娅·马林-萨埃斯（Julia Marín-Sáez）：在撰写过程中声明了生成式人工智能和人工智能辅助技术的使用。

**致谢**
本研究得到了阿拉贡政府（合同编号OTRI 2022/0350和2023/0105）、西班牙科学与创新部（项目编号PID2022-142160OB-I00和AIA2025-163866-C22）以及Interreg POCTEFA 2021–2027计划（项目编号EFA 210/06/ECOAIR）的财政支持，其中欧洲区域发展基金（ERDF）也提供了部分资金。作者感谢环境部门人员的合作与协助。