方宏达，陈锦芳*，段金明，陈进生，林清杰，陈少华

1. 中国科学院城市环境研究所，福建 厦门 361021；2. 集美大学食品与生物工程学院，福建 厦门 361021；3. 集美大学水处理工程研究中心，福建 厦门 361021

厦门市郊区PM2.5和PM10中重金属的形态特征及生物可利用性研究

方宏达1,2,3，陈锦芳1,2,3*，段金明2,3，陈进生1，林清杰2,3，陈少华1

1. 中国科学院城市环境研究所，福建 厦门 361021；2. 集美大学食品与生物工程学院，福建 厦门 361021；3. 集美大学水处理工程研究中心，福建 厦门 361021

开展气溶胶中重金属形态特征及其生物可利用性的研究有利于探析大气重金属污染物在环境中的迁移规律，进一步评估大气重金属的环境和健康毒理效应。基于此，该研究采用BCR连续提取法结合ICP-MS测定了厦门市集美区2014年4月至2015年3月为期1年的PM2.5、PM2.5～10（粒径大小在2.5～10 μm之间的颗粒物）及其中不同形态金属Al、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量。结果发现集美区 PM2.5、PM10年平均质量浓度分别为(50.52±20.48)和(82.48±22.42) μg·m-3，PM2.5/PM10比值稳定在 40%～70%之间，二者的质量浓度和比值均呈现冬春季高、夏秋季低的季节变化趋势。重金属形态特征结果显示集美区PM2.5、PM2.5～10中的Al、Cr、As的存在形态以残渣态为主；金属Ni、Cu、Zn、Cd、Pb则大量存在于弱酸提取态中，其来源受人为影响显著。这些金属中Pb和Cd的富集系数（EF）和生物利用有效系数（K）最高，易迁移进入生物体内，毒性危害高。生物有效性和形态特征分析结果表明随着气溶胶粒径的减小，非残渣态的重金属含量增高，K值变大，可迁移转化能力增强，说明PM2.5中的重金属对生物的毒性高于PM2.5～10中的，该现象应引起重视。

PM2.5；PM10；重金属；形态特征；生物可利用

FANG Hongda, CHEN Jinfang, DUAN Jinming, CHEN Jinsheng, LIN Qingjie, CHEN Shaohua. Speciation Characteristics and Bioavailability of Heavy Metal Elements in PM2.5and PM10in the Suburbs of Xiamen [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(11): 1872-1877.

气溶胶及其载带的有害物质对生物体的危害性、对环境的污染性、及其长停留时间（>10 d）产生的危害持久性等问题已引起全球的关注（Papastefanou，2006；Huang et al.，2012；Xia et al.，2011）。研究表明气溶胶，特别是细颗粒能直接进入呼吸道、肺部进而进入血液系统，并与载带的重金属等污染物质协同作用导致肺癌、哮喘、心血管等疾病的产生（Posch，2005；Sun et al.，2006；高敏等，2014）。气溶胶中重金属的相关研究发现重金属的生物毒性、活性及迁移过程不仅受元素的种类、浓度和化学物种形态的影响，更受到重金属的形态分布特征及附着粒子粒径大小的影响。气溶胶粒径学研究进一步发现随着气溶胶粒径的降低，重金属的成分及所占比例升高，对环境质量和人类健康产生的影响也显著增加，而相同粒径不同来源的细颗粒物重金属形态上的差异也导致了毒理性上的显著差异（Choi et al.，2004；Batterman et al.，2004）。毒理学研究也表明重金属，尤其是水溶性过渡重金属，可以诱发活性氧（ROS）的产生，促使钙稳态失调，造成DNA生物大分子的损伤，是颗粒物中的潜在致害组分（Heal et al.，2005；李译等，2012）。因此颗粒物中重金属的形态特征已成为评价其危害效应的一个重要参数。

厦门市地处中国东南沿海，被联合国誉为最适居住城市，伴随着城市化和工业化的迅速发展，空气质量也出现一定程度的恶化（王坚等，2014）。集美区是厦门市一个重要的岛外行政区，是集工业、教育、旅游为一体的多功能区域，有报道显示集美区空气质量低于厦门岛内（邱天雪等，2013），目前未见集美区大气细颗粒及其重金属形态分布特征及毒性的研究报道。基于此，本研究以厦门集美区细颗粒物PM2.5和PM10为研究对象，采用BCR提取法结合ICP-MS测定了细颗粒物中不同形态Al、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量，深入到形态学水平研究重金属形态特征及其生物可利用性，这对于探讨大气重金属污染物在环境中迁移，评估大气重金属对环境和健康的影响，预测重金属对人体的毒性和生物效应等方面均具有重要意义。

1 实验部分

1.1样品的采集与制备

于厦门市集美区中国科学院城市环境研究所监测站（118°07′4.31″E，24°61′27.91″N）采用中流量三段式气溶胶采样器（TH-150CⅢ型，武汉天虹仪器有限公司）采集 PM2.5和 PM2.5～10（粒径大小在2.5～10 μm之间的颗粒物）样品。采样时，取烘干、平衡、恒重的石英纤维滤膜（Whatman，美国）平置于采样器滤膜夹上，以0.1 m3·min-1的流量采集96 h，采集的样品密封，置于冰箱保存备用。

1.2试剂

68% HNO3（工艺超纯）、30% H2O2、乙酸、盐酸羟胺、醋酸铵、HCl（均为优级纯），超纯水（18.25 MΩ·cm-1），Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Mn、Al多元素标准溶液（100.0 mg·L-1，国家有色金属及电子材料分析测试中心），滤膜铅、镉、锰、锌标准物质（GBW (E) 080212，中国疾病预防控制中心职业卫生与中毒控制所）。

1.3样品处理

运用BCR连续提取法处理PM2.5、PM2.5～10和空白样品（恒重后未采样的空白膜）（陈琳等，2010），将滤膜剪碎后加入20 mL 0.10 mol·L-1乙酸溶液（pH≈3.0），(22±5) ℃下连续振荡16 h，3000 r·min-1离心20 min，取上清液，用超纯水清洗残渣，离心，合并上清液并定容至50 mL为弱酸溶解态；在残渣中加入20 mL 0.5 mol·L-1的盐酸羟胺溶液，(22±5) ℃下振荡16 h，离心后上清液为可还原态；在剩余的残渣中加入5 mL双氧水，用硝酸调节pH约为2.0，室温下放置1 h，(85±2) ℃下水浴1 h，待溶液蒸至近干，加入5 mL双氧水，重复上述操作，待加热近干时加入25 mL 1.0 mol·L-1的醋酸铵溶液，(22±5) ℃下振荡16 h，离心后上清液为可氧化态；在剩余残渣中，加入5 mL王水，湿法消解，超纯水洗涤后，合并，定容获得残渣态。采用7500Cx ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪（Agilent）测定PM2.5和PM2.5～10中不同形态的Al、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb含量及空白样品。

采用上述方法对含Cd、Mn、Zn和Pb的滤膜标准物质（GBW(E)080212）进行同步预处理和测定，结果发现滤膜的Cd、Mn、Zn和Pb 4种形态总测量值分别为(16.1±0.7)、(74.5±2.8)、(309.8±21.5)和(15.7±0.9) μg，与证书值(16.7±1.0)、(72.3±4.0)、(317.0±11.0)和(15.8±0.8) μg基本吻合。平行样分析表明不同形态重金属测定的相对标准偏差在2.94%～4.74%范围内，均小于5%，符合测定要求。多元素标准溶液测定的标准曲线相关系数均达到0.9998以上，每个样品进行3个平行样分析，每批样品进行3个以上空白样品测试，测定结果减去空白样测定值即为样品目标值。

图1 2014─2015厦门市集美区PM2.5、PM10和二者比值的季节变化特征Fig. 1 Seasonal characteristic of PM2.5、PM10and PM2.5/PM10ratios in Jimei district, Xiamen (2014─2015)

2 结果与讨论

2.1PM2.5和PM10的季节变化特征

2014年4月─2015年3月在厦门市集美区分别采集PM2.5～10和PM2.5样品各24份，二者的季节变化特征示于图1。集美区PM10和PM2.5的日平均质量浓度分别在45.49～125.82和21.53～87.27 μg·m-3范围内，年平均质量浓度分别为(82.48±22.42)和(50.52±20.48) μg·m-3，相对北京市2014年的PM10和PM2.5质量浓度偏低（PM10：115.8 μg·m-3，PM2.5：85.9 μg·m-3，北京市环境保护局，2014），相对海口2013年的PM10和PM2.5质量浓度偏高（PM10：42 μg·m-3，PM2.5：24 μg·m-3，海口市环境保护局，2014）。集美区PM2.5和PM10均呈现冬春季高、夏秋季低的季节变化趋势，其原因可能是夏季主导的西南风所带来的海洋洁净气团以及夏季频繁的雨水清除作用使得大气颗粒物易于扩散稀释或沉降，而冬季由于逆温层的存在，东北风所带来的北方污染物难以扩散使得集美区大气PM2.5和PM10升高（蒋冬升，2013）。

集美区PM2.5/PM10的比值基本稳定在40%～70%之间，平均值为 59.73%，也呈现夏秋季低、冬春季高的季节变化趋势。以往研究认为沙尘天气会导致PM2.5/PM10比值降低，高温导致的二次污染物的形成可能造成PM2.5/PM10比值的上升（包贞等，2010），从集美区二者比值的一些数据可发现高温对比值可能有一定影响，2014年7─9月平均气温达到 28.9 ℃，属于异常偏高。但比值季节变化趋势基本与PM10、PM2.5变化趋势相同说明污染物来源、大气输送及交换状况才是影响二者比值的决定性因素。整体而言，厦门集美区大气污染相对厦门全市（厦门市环境保护局，2014）平均值严重（厦门市平均值：PM10：59 μg·m-3，PM2.5：37 μg·m-3)，PM2.5、PM10均超过《环境空气质量标准》（GB3095─2012）的二级标准（PM10：70 μg·m-3，PM2.5：35 μg·m-3），其中细颗粒污染更甚，PM2.5日均值超环境空气质量标准（GB3095─2012）中二级标准的天数占16.7%。

2.2PM2.5和 PM2.5～10中重金属含量及其季节变化特征

2014─2015年厦门集美区 PM2.5～10、PM2.5中Al和Mn年平均质量浓度分别为(2599.01±1497.19)、(2427.91±523.60) ng·m-3和(10.46±1.98)、(5.75±1.21) ng·m-3，其中Mn相对乌鲁木齐市 PM2.5～10、PM2.5中的偏低（19.2～99.4、17.9～66.0 ng·m-3），PM2.5～10中的Al和Mn大于PM2.5中的，与以往研究结果一致。这与地源性元素易富集于粗颗粒物中的现象有关（崔蓉等，2008；孙龙仁等，2009）。集美区PM2.5～10、PM2.5中Cr年平均质量浓度值分别为(3.83±1.94)、(4.28±1.77) ng·m-3，相对于天津市 PM2.5-10、PM2.5中的 Cr（33.7、20.7 ng·m-3）偏低（陈培飞等，2013）。集美区PM2.5～10、PM2.5中 Ni和 Cu的年平均质量浓度值分别为(1.54±0.38)、(2.79±0.65) ng·m-3和(6.73±2.48)、(6.44±1.04) ng·m-3，相对类似的沿海大中型城市天津（陈培飞等，2013）及杭州（包贞等，2010）PM2.5～10、PM2.5中Ni和Cu质量浓度（天津：18.6、21.3 ng·m-3和133.6、129.0 ng·m-3；杭州：7、11 ng·m-3和76、134 ng·m-3）；偏低。集美区PM2.5～10、PM2.5中Zn和As的年平均质量浓度分别为(70.56±14.34)、(164.42±67.19) ng·m-3和(27.44±14.40)、(28.44±22.14) ng·m-3，其中Zn的含量远低于天津（陈培飞等，2013）和杭州（包贞等，2010）（天津：1082.8、1075.3 ng·m-3，杭州：651、892 ng·m-3）；而As的含量水平与杭州市（包贞等，2010）的相当（36、52 ng·m-3），但远高于天津市（陈培飞等，2013）的（3.1、2.2 ng·m-3）。一般认为大气中Zn和As与燃煤、汽车排放有关，集美区PM2.5～10、PM2.5中Zn含量较杭州、天津低，但As含量相对较高，其原因除了和燃煤、汽车尾气有关外还可能与含As农药和肥料的大量使用有关（常燕等，2015）。厦门市集美区PM2.5～10、PM2.5中Cd和Pb的年平均质量浓度值分别为(0.17±0.05)、(0.45±0.23) ng·m-3和(37.81±12.65)、(35.16±11.71) ng·m-3。其中，Cd含量与天津市的（0.7、0.6 ng·m-3）在同一数量级，Pb含量则低于天津市（陈培飞等，2013）和杭州市（包贞等，2010）（天津：486.8、592.4 ng·m-3；杭州：128、288 ng·m-3）。

图2 集美区PM2.5～10（a）和PM2.5（b）中金属的季节变化特征Fig. 2 Seasonal characteristics of metals of PM2.5～10(a) and PM2.5(b) in Jimei district

2014─2015年集美区PM2.5～10、PM2.5中金属的季节变化特征示于图2。由图2可知，地源性核素Al季节性变化不大，说明主要受土壤来源的影响，且贡献率稳定。Cr、Mn、Zn和Pb季节变化趋势与PM2.5～10、PM2.5的季节变化相同，均呈现冬春季高、夏秋季低的特征，说明主要受大气颗粒物的影响。Cd呈现秋冬季高、春夏季低的特征。张春荣等（2014）对青岛市大气降尘中重金属的研究和王文全等（2012）对乌鲁木齐市 PM2.5中重金属的特征的研究均发现Cd与化石燃料、发电、冶炼、化工等燃煤及垃圾焚烧有关。本研究中Cd呈现秋冬季高的特征可能与秋冬季燃煤量的增加有关。PM2.5～10、PM2.5的 As呈现春夏季高于秋冬季的特征，可能与上述推论中春夏季化肥和农药使用量较多有关。Cu和Ni的季节性变化不明显，说明不完全受到了大气颗粒变化的影响，还受到了其他稳定源（如：工业源）的影响。

2.3PM2.5和PM2.5～10中重金属形态分布特征

PM2.5和PM2.5～10中金属的形态分布特征示于图3。由图3可知PM2.5和PM2.5～10中Al、Cr、As在弱酸溶解态、可氧化态和可还原态中的比例低，而残渣态中所占的比重最大，其中 Al和 As超过了85%，Cr超过了50%，说明集美区PM2.5和PM2.5～10中的Al、Cr、As性质较为稳定，不容易受外界环境的影响。PM2.5和PM2.5～10中Mn、Ni、Cu、Zn、Cd在弱酸溶解态中所占比重较大，其中Mn、Cu、Zn、Cd的弱酸态均超过了50%。Mn元素主要来源于地壳或钢铁冶炼，常燕等（2015）发现沿海城市上海市区的 SO2和 Cl-的共同作用造成了大气颗粒物中可溶性Mn（II）的增加，厦门与上海同属于典型沿海城市，其大气中的 Cl-含量高，加上大气中SO2的共同作用，很可能造成集美区弱酸态Mn比重偏大。以往研究发现Zn、Cu主要来源于钢铁冶炼或交通活动等人为源，Cd来源于工业废气（冶炼、燃煤、石油、垃圾焚烧），Ni主要来源于燃煤或化石燃料燃烧以及冶炼钢铁的废气等人为源，这些重金属经蒸汽冷凝后附着在气溶胶等颗粒物中，相对地壳内的重金属更加活跃，因此集美区 Zn、Cu、Cd和Ni可能主要来源于人为源（郝社锋等，2012；谭吉华等，2013）。集美区 PM2.5和 PM2.5～10中的Pb在弱酸溶解态中占的比重较小，不易在弱酸环境中溶解，但在可还原态中比重相当大，分别达58%和56%，暗示尽管Pb元素在弱酸溶解态中浓度较低，但当氧化还原电位降低时 Pb极易通过氧化还原作用转化为活泼状态，通过各种途径进入生物体中。综上所述，除了Al、As和Cr外，大部分重金属均大量存在于弱酸溶解态中，说明这些重金属主要来源于人为源。厦门地区属酸雨高发区域，特别在秋冬和少雨季节，因此，应更加关注酸雨后气溶胶中重金属的迁移性和生物可利用性。进一步比较 PM2.5和 PM2.5～10中重金属的各个形态特征可发现 PM2.5中大部分重金属的弱酸溶解态均大于PM2.5～10中的，相反PM2.5中大部分重金属的残渣态则小于 PM2.5～10中的，说明随着粒径的降低，大气颗粒物吸附更为活跃的人为源重金属的能力越强。

图3 集美区PM2.5～10和PM2.5中金属的形态分布特征Fig. 3 Speciation distribution of metals in PM2.5and PM2.5～10in Jimei district

2.4PM2.5和PM2.5～10中重金属的富集因子

利用富集因子评价法是一种表征污染物特征和来源解析的方法，它可以直观地反映重金属的富集程度。富集系数EF的计算方式如下（吴淑春等，2013）：

式中：Ci(气溶胶)和 Ci(地壳)分别为颗粒物和地壳中某元素浓度；

Cn(气溶胶)和 Cn(地壳)为参比元素在颗粒物和地壳中的浓度。

以往研究认为当元素EF<1时，该元素没有富集，主要为自然源；当元素EF>10时，该元素被富集，数值越大富集程度越高，人为污染越严重（吴淑春等，2013）。本研究以Al元素作为参比元素，地壳中相应元素i均取自全国土壤中的元素丰度值（陈怀满等，2002）。根据上述公式计算得到EF值示于表1。

表1 PM2.5～10和PM2.5中重金属的富集系数（EF）Table 1 Enrichment factors (EF) of heavy metals in PM2.5and PM2.5～10

由表 1可知，PM2.5～10中重金属的富集系数大小顺序为：As>Cd>Zn>Cu>Pb>Ni>Cr>Mn；PM2.5中重金属的富集因子大小顺序与PM2.5～10的略有不同，其顺序为：Cd>Zn>As>Cu>Pb>Ni>Cr>Mn。其中PM2.5和PM2.5～10中Cu、Zn、As、Cd、Pb的EF值都大于 10，说明这些重金属受人为污染特别严重，属典型的污染元素；PM2.5和PM2.5～10中Cr和Ni的EF值均介于1和10之间，说明二者的来源一部分是人为源，一部分是自然源；PM2.5和PM2.5～10中Mn的EF值小于1，说明主要来源于地壳，受土壤扬尘影响大。值得注意的是PM2.5中的Cd、Zn、As和Cu，PM2.5～10中的As和Cd，这些重金属的EF值均超过40，属极度污染，应引起关注。

2.5PM2.5和PM2.5～10中重金属的生物有效性评价

重金属的富集系数反映了重金属的污染程度，但与人体和生物关系更为密切的是重金属的可迁移性和生物可利用性，可通过间接的毒性数据或浓度数据对重金属的生物毒性效应进行评价，即生物有效性，常用生物有效性系数（K）来表示。其计算公式如下（冯茜丹等，2011）：

式中：F1，F2分别表示某金属元素在弱酸提取态（F1）和可还原态（F2）的浓度；表示某金属在4个形态的浓度之和。

通过上式计算得到的生物有效性系数K值示于表2。

表2 PM2.5～10和PM2.5金属的生物有效性系数（K）Table 2 Bioavailability factor (K) of metals in PM2.5and PM2.5～10

由表 2可知，PM2.5～10中金属生物有效性相对强弱顺序为：Pb>Cu>Zn>Cd>Mn>Ni>Cr>As=Al，PM2.5的生物有效性相对强弱顺序为：Pb>Cd>Cu> Ni>Zn=Mn>Cr>As>Al。根据生物有效性强弱，可以把PM2.5～10和PM2.5中的金属元素分为3类。第一类为生物可利用元素（K>0.6）：PM2.5～10中的Pb、Cu、 Zn、Cd和PM2.5中的Pb、Cd、Cu、Zn、Mn、Ni，它们在环境中的可迁移性明显高于其它元素，在环境中易于被生物体或人体吸收，危害生物体的生长或人体健康；第二类为潜在生物可利用性元素（0.2≤K≤0.6）：PM2.5～10中的 Mn、Ni、Cr和 PM2.5中的Cr，它们在环境中相对比较稳定，但如果环境发生变化也可能被释放出来，污染环境并危害生物体；第三类是生物不可利用性元素（K<0.2）：主要是气溶胶中的As和Al，它们在环境中稳定存在，对环境和人体健康的影响可以忽略不计。结合金属K值和EF值可发现尽管PM2.5和PM2.5～10中As的EF较高，但由于其K值较小，因此对生物体的危害较小；而PM2.5～10和PM2.5中Pb、Cd、Cu和Zn的K值和EF值都较高，相对Zn和Cu而言，Pb和Cd毒性更显著，二者的K值或EF值更大，特别是在PM2.5中，因此二者的生物可利用性更强，极易通过化学作用迁移到动、植物体内，当它们进入人体肺部亦具有强大的生理活性，对人体健康造成的危害不容忽视。此外，比较重金属的K值可发现PM2.5中大部分重金属的K值均大于PM2.5～10的，这与形态分布图的分析结果相似，进一步说明相对PM2.5～10而言，PM2.5更易吸附人为来源的重金属，其吸附的重金属相对更不稳定，生物可利用性更高，毒性更大。

3 结论

2014年4月─2015年 3月对厦门集美区PM2.5～10、PM2.5进行采集和测定，研究结果如下：

（1）集美区PM2.5和PM10的年平均质量浓度为(50.52±20.48)和(82.48±22.42) μg·m-3，二者比值基本稳定在40%～70%之间，二者浓度和比值均呈现冬春季高、夏秋季低的季节变化趋势，其决定因素主要为污染物来源、大气输送及交换清除状况。厦门集美区大气污染较厦门全市严重，其中细颗粒污染更甚。

（2）集美区重金属含量分布特征表明PM2.5～10、PM2.5中 As、Cd和沿海城市天津、杭州相当，PM2.5～10、PM2.5中重金属 Cr、Ni、Cu、Zn、Pb浓度均低于乌鲁木齐、天津和杭州，Cr、Mn、Zn和Pb季节变化趋势与 PM2.5～10、PM2.5的相似，Al、Cu和Ni季节变化不明显，而As呈现春夏高，Cd呈现秋冬高的季节变化趋势。

（3）气溶胶中重金属形态特征表明 PM2.5～10、PM2.5中的Al、Cr、As在残渣态中的比例高。Ni、Cu、Zn、Pb、Cd则大量存在于弱酸溶解态中，主要来源于人为源，其迁移性易受外界环境变化的影响。

（4）富集因子评价和生物有效性评价结果显示PM2.5～10、PM2.5中As的EF值较高，K值较小，对生物体的危害较小；Mn、Ni、Cr的EF值和K值较小，在环境中相对稳定；而毒性显著的重金属Pb和Cd在PM2.5～10和PM2.5中的EF值和K值都很高，易通过化学作用迁移到动、植物体内，造成较大危害。相对PM2.5～10而言，PM2.5更易吸附人为来源的重金属，其吸附的重金属相对更不稳定，生物可利用性更高，毒性更大。

BATTERMAN S, DIKOS J, WIRTH J. 2004. Speciation of PM2.5collected in two areas of Michigan [J]. Epidemiology, 15(4): S40-S41.

CHOI J H, KIM J S, KIM Y C. 2004. Comparative study of PM2.5and PM2.5-10 induced oxidative stress in rat lung epithelial cells [J]. Journal of Veterinary Science, 5(1): 11-18.

HEAL M R, HIBBS L R, AGIUS R M, et al. 2005. Total and water-soluble trace metal content of urban back-ground PM2.5～10, PM2.5and black smoke in Edin-burgh, UK [J]. Atmospheric Environment, 39(8): 1417-1430.

HUANG W , CAO J J, TAOY B, et al. 2012. Seasonal Variation of Chemical Species Associated With Short-Term Mortality Effects of PM2.5in Xi’an, a Central City in China[J].American Journal of Epidemiology Advance Access, 175(6): 556-566.

PAPASTEFANOU C. 2006. Residence time of tropospheric aerosols in association with radioactive nuclides [J]. Applied Radiation and Isotopes, 64(1): 93-100.

POSCHL U. 2005. Atmospheric aerosols: composition, transformation, climate and health effects [J]. Argewandte Chemie-International Edition, 44(46): 7520-7540.

SUN Y L, ZHUANG G S, TANG A H, et al. 2006. Chemical characteristics of PM2.5 and PM10 in haze fog episodes in Beijing [J]. Enviromental Science and Technology, 40(10): 3148-3155.

XIA L L, GAO Y. 2011. Characterization of trace elements in PM2.5aerosols in the vicinity of highways in northeast New Jersey in the U.S. east coast [J]. Atmospheric Pollution Research, 2(1): 34-44.

包贞, 冯银厂, 焦荔, 等. 2010. 杭州市大气PM2.5和PM2.5～10污染特征源解析[J]. 中国环境监测, 26(2): 44-48.

北京市环境保护局. 2015. 2014年北京市环境状况公报[EB/OL]. [2015-04-16http://www.bjepb.gov.cn/bjepb/413526/331443/331937/33 3896/425596/index.htm

常燕, 冯冲, 瞿建国, 等. 2015. 上海大气总悬浮颗粒物中金属的可溶性特征[J]. 环境科学, 36(4): 1165-1172.

陈怀满. 2002. 土壤中化学物质的行为与环境质量[M]. 北京: 科学出版社: 9-10: 46-47.

陈琳, 翟云波, 杨芳, 等. 2010. 长沙市夏季大气颗粒物中重金属的形态及其源解析[J]. 环境工程学报, 4(9): 2084-2087.

陈培飞, 张嘉琪, 毕晓辉, 等. 2013. 天津市环境空气PM10和PM2.5中典型重金属污染特征与来源研究 [J]. 南开大学学报, 12(46): 1-6.

崔蓉, 郭新彪, 邓芙蓉, 等. 2008. 大气颗粒物PM10和PM2.5中水溶性离子及元素分析[J]. 环境与健康杂志, 25(4): 291-294.

冯茜丹, 党志, 吕玄文，等. 2011. 大气PM2.5中重金属的化学形态分布[J]. 生态环境学报, 20(6-7): 1048-1052.

高敏, 仇天雪, 贾瑞志, 等. 2014. 北京雾霾天气生物气溶胶浓度和粒径特征[J]. 环境科学, 35(12): 4415-4421.

海口市环境保护局. 2014年海口市环境状况公报[EB/OL]. [2015-06-08]. http://www.hkhbj.gov.cn/hjzl/hjnb/204c5ffb_a997_4f81_bbee_529ab72 09d39.aspx.

郝社锋, 陈素兰, 朱佰万. 2012. 城市环境大气降尘重金属研究进展[J].地质学刊, 36(4): 418-422.

蒋冬升. 2013. 福州紫阳、厦门集美PM2.5的浓度分析及与天气类型的关系[J]. 海峡科学, (6): 59-60.

李译, 宋伦, 袁胜涛. 2012. 大气颗粒物致细胞损伤效应的分子机制[J].生物技术通讯, 23(4): 617-620.

邱天雪, 陈进生, 尹丽倩. 2013. 闽南重点城市春季PM2.5中水溶性无机离子特征研究[J]. 生态环境学报, 22(3): 512-516.

厦门市环境保护局. 2015. 2014年厦门市环境状况公报[N/OL]. (2015-06-08)http://www.xm.gov.cn/zwgk/hjbfxx/hjzlgb/201506/t20150 608_1128062.htm

孙龙仁, 郑春霞, 王文全, 等. 2009. 乌鲁木齐市夏季大气 PM10、PM2.5中重金属的分布特征[J]. 天津农业科学, 15(2): 37-41.

谭吉华, 段菁春. 2013. 中国大气颗粒物重金属污染、来源及控制建议[J].中国科学院研究生院学报, 30(2): 145-154.

王坚, 赵丽娟, 郁建栓. 2014. 厦门空气中NO2、SO2来源及污染物传输研究[J]. 中国西部科技, 13(3): 7-9.

王文全, 孙龙仁, 吐尔逊·吐尔洪, 等. 2012. 乌鲁木齐市大气PM2.5中重金属元素含量和富集特征[J]. 环境监测管理与技术, 24(5): 23-27.

吴淑春, 沈咪, 葛爱平, 等. 2013. 杭州滨江区大气 PM2.5中重金属及生物有效性评价[J]. 中国卫生检验, 23(7): 1657-1666.

张春荣, 吴正龙, 田红, 等. 2014. 青岛市区大气降尘重金属的特征和来源分析[J]. 环境化学, 33(7): 1187-1193.

Speciation Characteristics and Bioavailability of Heavy Metal Elements in PM2.5and PM10in the Suburbs of Xiamen

FANG Hongda1,2,3, CHEN Jinfang1,2,3, DUAN Jinming2,3, CHEN Jinsheng1, LIN Qingjie2,3, CHEN Shaohua1
1. Institute of urban environment, Chinese Academy of Science, Xiamen 361021, China; 2. College of food and biological engineering, Jimei University, Xiamen 361021, China; 3. Research center of water treatment engineering, Jimei University, Xiamen 361021, China

It is of great significance to explore the migration principle of heavy metal in aerosols, and to evaluate the environmental effect and health effect by analyzing the speciation characteristics of heavy metal in aerosols. The concentrations of Al, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb of four fraction of PM2.5and PM2.5～10in the suburbs of Xiamen were determined by BCR extraction method and ICP-MS .Results showed that the average concentrations of PM2.5and PM10were (82.48±22.42) μg·m-3and (50.52±20.48) μg·m-3，respectively, and PM2.5/PM10ratios ranged from 40% to 70%, with the same seasonal variation of higher in spring and winter, lower in summer and autumn. The speciation characteristics showed the majority of Al，Cr，As existed in oxide and residue form, and Ni，Cu，Zn，Cd and Pb were mainly distributed in acid extractable form, suggested which derived from anthropogenic source. The enrichment factor (EF) and bioavailability factor (K) of Pb and Cd were higher, implying Pb and Cd in aerosols may be more harmful. Analysis of bioavailability and speciation suggested that the less aerosol diameter, the higher concentrations of heavy metals in non-residual fraction, the higher K value and stronger mobility, implied that the heavy metal toxicity of PM2.5.

PM2.5; PM10; heavy metal; Speciation characteristics; bioavailability

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.11.018

X831

A

1674-5906（2015）11-1872-06

国家自然科学基金项目（51004053）；福建省自然科学基金项目（2014J05017）；福建省基金农业高校产学合作科技重大项目（2013N5008）；福建省海洋高新产业发展专项项目（2013）

方宏达（1980年生），男，讲师，从事环境污染控制工程。*通讯联系人：陈锦芳，女，博士，从事环境化学研究。E-mail: 39118401@qq.com

2015-09-01

引用格式：方宏达, 陈锦芳, 段金明, 陈进生, 林清杰, 陈少华. 厦门市郊区PM2.5和PM10中重金属的形态特征及生物可利用性研究[J]. 生态环境学报, 2015, 24(11): 1872-1877.