越南胡志明市PM2.5中生物质燃烧来源的精准识别：纠正左旋葡聚糖化学降解对硬木燃烧源的主导贡献

《ACS Omega》：Hardwood Burning as a Dominant Source of Fine Particulate Matter from Biomass Burning in Ho Chi Minh City, Vietnam

本研究针对东南亚热带环境中生物质燃烧（BB）来源识别的不确定性，特别是左旋葡聚糖（Lev）化学降解带来的低估问题。研究团队在胡志明市（HCMC）进行PM2.5采样，通过引入修正因子估算未降解的Lev浓度（Levno-chem），并结合诊断比值和加权浓度加权轨迹（WCWT）分析，首次明确揭示了该城市PM2.5中的主要BB来源是本地烹饪活动使用的硬木及硬木炭燃烧，而非远程传输的作物残茬燃烧。该成果为热带城市空气污染溯源与精准防控提供了关键方法学依据。

　　

在东南亚，生物质燃烧是导致空气污染，特别是细颗粒物PM_2.5浓度升高的重要因素。然而，这片地区热带气候下的高温、高湿和强烈光照，为大气化学过程按下了“加速键”，使得用于追踪生物质燃烧的“化学指纹”——左旋葡聚糖（Levoglucosan, Lev）在空气中快速降解。这一现象如同证据在抵达现场前就已部分损毁，给精准锁定PM_2.5中的“真凶”——生物质燃烧的具体来源类型（如硬木、农作物残茬等）带来了巨大挑战。越南最大的城市胡志明市（HCMC）常年面临PM_2.5超标问题，但对其PM_2.5中生物质燃烧的主要贡献源一直不甚明了。是本地街头巷尾的炭火烹饪，还是远处稻田里焚烧秸秆的烟雾随风而至？不搞清楚这个问题，任何减排措施都可能“药不对症”。

为了拨开这层迷雾，一支研究团队在胡志明市展开了一项细致的研究，并将成果发表在了《ACS Omega》期刊上。他们的核心工作，就是首次在该区域将左旋葡聚糖的大气降解效应纳入考量，对生物质燃烧来源进行了一次“证据修复”后的精准画像。

为了完成这项研究，作者们主要运用了以下几项关键技术方法：首先，在2021年10月至12月于胡志明市市区进行了PM_2.5样品的采集与化学成分（包括碳质组分、水溶性无机离子和脱水糖）分析。其次，引入了基于GEOS-Chem模型的修正因子法，估算了左旋葡聚糖在未发生化学降解时的初始浓度。接着，利用多种诊断比值来区分不同的生物质燃烧类型。最后，结合火灾热点图、72小时气团后向轨迹聚类分析以及加权浓度加权轨迹模型，来追溯污染物的地理起源，评估区域传输的影响。

研究结果方面，论文通过多个部分层层递进地揭示了发现：

2.1. 总体质量浓度：采样期间PM_2.5平均浓度为26.6 μg m^–3，旱季浓度显著高于雨季。碳质组分分析显示，旱季二次有机碳（SOC）形成增强，水溶性有机碳比例升高，表明大气氧化过程活跃，这可能促进了左旋葡聚糖等示踪物的降解。

2.2. 生物质燃烧示踪物特征：左旋葡聚糖是主要的脱水糖，但其浓度远低于越南其他研究报告值。左旋葡聚糖与钾（来自生物质燃烧的部分，K_BB⁺）的相关性表明它们来自相似的排放源。

2.3. 基于考虑左旋葡聚糖降解的诊断比值进行生物质燃烧来源识别：这是本研究的核心发现部分。

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  2.3.1. 左旋葡聚糖降解的估算：研究发现，胡志明市大气中左旋葡聚糖发生了严重的化学降解，平均损失率高达约88%。修正后未降解的左旋葡聚糖浓度（Lev_no-chem）达到1766 ng m^–3，是实测值的8倍。旱季的降解程度比雨季更甚，这与高温、高太阳辐射及可能更高的臭氧（O₃）和二氧化氮（NO₂）水平有关。
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  2.3.2. 基于诊断比值的来源识别：如果不考虑降解，使用实测的左旋葡聚糖计算诊断比值（如Lev/Man, Lev/K_BB⁺），会错误地将生物质燃烧源指向农作物残茬和草类燃烧。然而，当使用修正后的左旋葡聚糖浓度（Lev_no-chem）重新计算比值（如Lev_no-chem/K_BB⁺, OC/Lev_no-chem）时，所有证据一致地指向了硬木及硬木炭燃烧。例如，Lev_no-chem/K_BB⁺比值（1.76 ± 0.39）落在硬木燃烧的特征范围内，OC/Lev_no-chem比值（4.54 ± 0.74）也与硬木燃烧的报告值吻合。
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  2.3.3. 生物质燃烧排放的地理起源：通过火灾热点图、气团后向轨迹和加权浓度加权轨迹分析，研究发现左旋葡聚糖及相关污染物的高潜在贡献区主要位于采样点本地及北部/东北部区域，而非西部的湄公河三角洲水稻主产区。这表明，研究期间远程传输的农作物露天焚烧对胡志明市空气的影响有限。结合越南南部普遍使用桉树、红树林等硬木制作木炭用于烹饪的实际情况，进一步佐证了主要排放源于本地烹饪活动。

2.4. 本研究的局限性：作者指出，样本量相对较小（特别是旱季仅9个样本），可能限制了长期代表性。但通过与历史数据的对比和采用稳健的统计方法，研究结论仍具有重要的指示意义。

结论与讨论部分，本研究强调了在东南亚热带气候条件下，进行生物质燃烧源解析时必须考虑左旋葡聚糖化学降解的重要性。忽略这一过程会导致对源类型的严重误判，将主导源错误地归因于农作物残茬燃烧。经过修正后的数据清晰地表明，胡志明市PM_2.5中的生物质燃烧主要来源于本地及商业烹饪活动中使用的硬木和硬木炭燃烧。这一结论不仅为理解胡志明市的空气污染来源提供了关键新知，也为东南亚其他具有类似气候和能源使用特征的城市提供了重要的方法学借鉴。它提示政策制定者，改善该区域城市的空气质量，需要重点关注并管控本地生活源，特别是传统固体燃料在烹饪中的使用，这对于制定精准有效的大气污染防治策略具有明确的指导意义。