雾、霾、雾霾天气下沿海城市生物气溶胶的浓度、群落结构及健康效应

Bioaerosol, as an important subgroup of atmospheric aerosols, affects the environmental quality, human health and climate variation. Now foggy, hazy and foggy-hazy days often occurre in the coastal cities. The concentration, size distribution, community diversity, environmental and healthy effect of bioaerosols change greatly under these special weather conditions. This project will collect the bioaerosols samples on sunny, foggy, hazy and foggy-hazy days in the coastal city. The concentration and size distribution of different kinds of bioaerosols (including viable bacteria, culturable fungi, culturable bacteria and total airborne microbes) will be investigated on different intensity of foggy, hazy and foggy-hazy days. And the microbial community and predominant species of microorganism in bioaerosols will be analyzed for samples collected on these days. The variation of concentration and community of microorganism with bioaerosols particles size will be verified. The influence of weather parameters and chemical substances in air on the concentration of bioaerosols and microbial community diversity will be analyzed. The impact of bioaerosols on the human health will be evaluated by animal experiment and cultured cell experiment in vitro. The results will be contributed to reveal the impact mechanism of the weather conditions on the property and distribution of bioaerosols and understand the effect of bioaerosols on environment and health.

生物气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，对环境质量、人体健康和气候变化具有重要影响。近年来沿海城市雾、霾、雾霾混合以及雾-霾转化天气时常出现。在这些多发性污染形态下，生物气溶胶的浓度、粒径、群落结构等特性及其环境和健康效应均发生显著改变。本项目拟采集晴、雾、霾和雾霾天下生物气溶胶样品，阐明沿海城市不同强度雾、霾和雾霾天下生物气溶胶中不同类别微生物(活细菌、可培养真菌和细菌及总微生物)浓度及其粒径变化特征，解析不同强度雾、霾和雾霾天气下生物气溶胶中微生物群落结构特征和优势微生物，阐明微生物浓度和群落结构的粒径差异性，分析影响生物气溶胶浓度和群落多样性的主要气象和环境因子；通过体外培养细胞实验和动物实验了解生物气溶胶对人体健康的影响，评价生物气溶胶对人体的健康风险。研究结果将为揭示特殊天气对生物气溶胶性质和分布的影响机制提供科学依据，为理解生物气溶胶的环境和健康效应提供重要参考。

本项目建立了生物气溶胶中死/活细菌的分析方法，系统研究了不同强度雾、霾及雾霾事件对大气生物气溶胶中微生物浓度、粒径分布以及群落结构的影响，估算了微生物在人体肺部的沉积量，结合颗粒洗脱孵育人肺细胞和小鼠实验，评价了生物气溶胶的健康效应。结果显示，雾、霾以及雾霾混合天对生物气溶胶中微生物浓度的影响不同，影响效应随污染天气类型、污染强度和微生物种类的不同而有所差异。粒径分布变化复杂，除雾霾天活细菌外，其他类别微生物的中值粒径在污染天气均降低。生物气溶胶中存在微生物背景核心群落，细菌主要属有Bacteroides、Acinetobacter、Pseudomonas等，真菌主要属有Aspergillus、Periconia、Alternaria等。雾、霾和雾霾的发生均会对微生物群落丰富度和多样性产生影响，但不同污染强度的影响不同。雾霾发生时，优势菌门、属的相对丰度发生变化，且出现条件致病菌，并随污染的加重呈现相对丰度增加的趋势。近海微生物浓度主要受到PM、SO2、NO2、CO、O3及OC等因素的影响。AQI、PM、CO等空气污染因子对细菌群落结构的影响大于气象因子，而RH、SO2、NO2、CO和O3对真菌群落结构有显著影响。不同人群呼吸道微生物沉积剂量呈现出雾霾天>霾天>雾天>晴天的趋势。雾霾天气溶胶颗粒可以显著降低人肺细胞活性，引起炎性因子显著上调表达，引发小鼠血常规异常和肺部病变。空气微生物在污染天的吸入风险远高于晴天，虽然风险小于1，但本研究未考虑个人体质差异、存活致病菌及病毒的联合效应，生物气溶胶的健康风险不容忽视。研究结果有助于提升生物气溶胶环境与健康效应的科学认知，也为进一步理解生物气溶胶对海洋环境的影响提供了参考。