新墨西哥州shipprock附近的纳瓦霍煤燃烧与呼吸健康

摘要

室内空气污染已被确定为世界各地急性和慢性呼吸道疾病的主要危险因素。在纳瓦霍自治州，一个位于美国四角地区的印第安人保留地，人们在家里烧煤取暖。为了探究室内燃煤是否/如何导致居民呼吸健康状况不佳，本研究检查了呼吸健康数据，确定了家庭危险因素，如燃料和炉灶的类型和使用，分析了当地使用的煤炭样本，并测量和特征了选定家庭内的空气中细颗粒物。在接受调查的家庭中，有25%的家庭使用的炉子并不是为这种燃料而设计的，室内空气质量经常令人担忧。冬季平均24小时20个家庭的浓度为36.0克/．这是第一次已量化并在纳瓦霍预订居民的家中表现。

1.介绍

1．1.背景

在美国，很多人仍然使用大量的煤来取暖和做饭。其中就有纳瓦霍族的成员。纳瓦霍族是美国印第安人的一个居留地，位于亚利桑那州、科罗拉多州、新墨西哥州和犹他州的四角地区。1］.保留地的气候是美国西南高沙漠的典型气候:夏季炎热，冬季寒冷，降水量少，湿度低。

1957年，纳瓦霍部落和犹他州国际公司签订了一份在保留区开采煤炭的合同。犹他州国际公司(Utah International Inc.)和亚利桑那州公共服务公司(Arizona Public Service Companies)开发了靠近该矿的四角电厂(Four Corners Power Plant)， 1962年开始向该厂的前三个机组运送煤炭。四角发电厂的总发电能力为2040兆瓦。距离四角核电站不到10公里的是发电量1800兆瓦的圣胡安发电站。Shiprock地区第二家燃煤电厂的业主包括新墨西哥电力公司、图森电力公司、南加州公共电力局和加州阿纳海姆市。如果将这两家电厂视为一个整体，它们将是美国第二大煤炭消费国[2］.大多数所产生的电力被切断保留通过高压线在亚利桑那州的城市，拉斯维加斯，内华达州，甚至是洛杉矶，加利福尼亚州，超过一千公里以外传送到客户[3.］.

Broken Hill Proprietary Minerals(必和必拓有限公司)从纳瓦霍国家租赁煤矿。作为租赁协议的一部分，必和必拓必须向居住在矿区半径范围内的纳瓦霍人免费提供国内使用的煤炭。游离煤来自晚白垩世果地组，等级相对较低(亚烟煤到高挥发性烟煤)。水果地煤的热值(10646 +/−1590 BTU/磅)较低，灰分含量(22.24 +/−7.02%)高于纳瓦霍族其他地区的煤，如黑梅萨(10,910-11,560 BTU/磅，4.7-9.1%)[2］.许多生活在圣胡安盆地东部(Shiprock地区)的人，尽管可以从纳瓦霍煤矿获得免费煤炭，但仍然选择在当地的跳蚤市场购买布莱克梅萨煤矿，因为它的质量很好[2］.

1.2。Shiprock和呼吸健康

Shiprock地区位于保留区的东北部;该地区的一部分位于圣胡安河谷。两个特点使Shiprock地区在保留区中有些独特:大气热逆温使空气污染低至地面，特别是在冬季[2]，附近有两座大型矿口燃煤电厂，第三座电厂正在规划阶段。这两家现有的发电厂都因为年龄问题而不受美国环境保护署1990年《清洁空气法修正案》的约束。Shiprock地区的大多数居民以低成本或免费获得当地的煤炭。与来自保留区其他地方的煤相比，如黑台，Shiprock地区的煤往往质量较低，相对灰分含量和较低的热值。

由于大气热力逆温，通常在冬季，厚厚的棕色烟雾层低空笼罩在希普罗克上空，许多当地居民将其大部分(如果不是全部)归因于附近的发电厂(例如，4.])。与美国其他车辆排放大量烟雾的地区相比，希普罗克的汽车、卡车、公共汽车、拖拉机等相对较少。本研究旨在更好地了解环境空气质量对呼吸健康的感知风险与室内煤炭燃烧带来的风险之间的关系。

与普通美国人口相比，美洲印第安人患呼吸道疾病的比例不成比例[5.-9.］.在许多普通人群中，各种环境危险因素与呼吸系统疾病和慢性呼吸系统疾病有关。在父母吸烟的儿童中，婴儿期的下呼吸道疾病和儿童期的呼吸道症状更为常见[10]，尚未以母乳喂养[11]，或居住在拥挤的环境中，或使用日托[12］.急性呼吸道疾病和哮喘等慢性疾病在低收入人群中更为常见。室内和室外吸入灰尘也可能是一个因素[13那14］.然而，相对较少的这些风险似乎可以解释过剩呼吸道发病率纳瓦霍族居民中指出。此外，据估计，只有约4％的纳瓦霍的人经常吸烟，大约八分之一的非纳瓦霍[中吸烟率15］.在世界范围内，室内空气污染被认为是呼吸道疾病的一个主要风险因素，特别是在燃烧生物质来烹饪和取暖的文化中(例如，[16那17])。

在本研究分析的医院记录中的7种呼吸疾病中，咳嗽、哮鸣和哮喘在之前的中国儿童流行病学调查中均与室内煤炭燃烧显著相关[18］.另一份报告发现，对支气管炎的易感性与环境颗粒物显著相关_2.5.以及捷克共和国一个拥有众多大型燃煤电厂的前煤矿区儿童多环芳烃(PAHs) [18］.有趣的是，冯Mutius医师等。[19]指出，在德国南部，家庭燃烧煤炭对有可能患上花粉热或其他免疫球蛋白E抗体介导过敏的儿童有保护作用。然而，该研究还发现，来自燃煤家庭的儿童更有可能患上肺炎。

Morris等人。[20.在纳瓦霍民族西部进行了一项呼吸道疾病(RTI)的病例对照研究。被诊断为支气管炎或肺炎的纳瓦霍儿童与接受健康检查或有轻微健康问题的儿童的年龄和性别相匹配。对58对年龄和性别匹配的孩子进行了分析。发生RTI的重要危险因素包括屋内使用燃木火炉、最近接触呼吸道疾病、家族哮喘史、泥土地板和家中缺乏自来水。然而，当将所有因素纳入一个多变量模型时，只有燃木炉使用和呼吸疾病暴露与呼吸道感染的高风险独立相关。这项研究支持了室内空气质量是纳瓦霍人呼吸系统疾病相关因素的假设。木头可能不是这些炉子里燃烧的唯一燃料，因为许多纳瓦霍人使用混合燃料，包括煤，甚至在木头炉子里。在后来的研究中，Robin等人[21]对45名小于或等于两岁的纳瓦霍儿童进行了病例对照调查，考虑到与急性下呼吸道感染(LRI)相关的危险因素。这些作者发现，室内燃烧木材产生的高水平细颗粒物会增加急性LRI的风险(OR = 7.0)。

许多纳瓦霍族居民在家中燃烧当地开采的煤炭取暖，因为煤炭是最经济的能源。煤炭燃烧会产生排放污染物，如二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、多环芳烃和含有微量金属的颗粒物[22-24］.结果被污染，可能会对居民的健康构成威胁的空气。此外，在这些年龄组的冬季，非常年轻和老人花更多的时间在室内时，可用于家庭取暖煤，人们往往免疫力相对已经损害到中年的人（例如，[25])。

除了在家中燃烧煤炭，新墨西哥州Shiprock地区的居民也暴露在环境颗粒物中_2.5.从附近的两个大型燃煤电厂的。Construction of a third coal-fired power plant, Desert Rock, is scheduled to begin in the near future about 32 km southeast of Shiprock. The power plants near Shiprock produce noticeable amounts of smog, visible from miles away and often trapped low in the San Juan Basin by thermal atmospheric inversions. There are no other sizeable industrial activities in the area and relatively few motor vehicles. Although there are many other possible contributors to respiratory disease among residents in the area, power plant-derived air pollution is a likely contributor. However, the present research aims to address the issue of real versus perceived risk factors. Because it is so obviously visible, power plant smog is generally regarded by locals as one of the causes, if not the main cause, of respiratory disease—thus it is perceived as a primary risk factor. Although it may indeed be one risk factor, the real risk may in fact be greater from the indoor combustion of coal in nonoptimal stoves.

本研究的目的是:(1)检查来自北纳瓦霍医疗中心(Shiprock的一家印度卫生服务(IHS)医院)的汇总呼吸数据，(2)记录燃料和炉灶类型以及其他家庭特征，(3)分析当地使用的煤样本，(4)测量空气中的细颗粒物(PM)并对其进行化学表征_2.5.），环境温度和内部选定的居民家中。

2.材料和方法

本研究包括雇用的所有调查工具，程序和分析，由Navajo国家卫生人体研究审查委员会，纳瓦霍国家的船舶章节和纳瓦霍民族历史保存部门批准，并通过支持Navajo国家环境保护局，印度卫生服务（IHS），Navajo部落公用事业机构，Navajo住房管理局和印度事务局。所有参与数据收集的人类受试者签署了签署了其知情同意的陈述。为了确保在未经授权调查员分析时数据的隐私和机密性，已完成的调查保存在DinéCollegeChamus的锁定办公室内的锁定档案中。数据仍然是Navajo人的财产，未来的数据访问必须由Navajo国家卫生人类研究审查委员会授权。

2．1.家庭暴露风险分析

一份用英语和纳瓦霍语设计的长达17页的调查工具，以获取有关房屋物理性质、使用的取暖燃料和炉灶的信息，以评估可能影响室内PM的因素_2.5.曝光。来自新墨西哥州Shiprock的Diné学院说纳瓦霍语的学生实习生被招募来管理调查。由专业人员和个人推荐的家庭组成了一个具有代表性的方便样本。询问的问题包括燃烧燃料的类型、炉灶的年龄和状况以及家庭成员的吸烟行为等。被调查的个人被问及他们是否同意使用PM_2.5.之后在他们家里进行监控，一部分人同意了。此数据子集采用线性相关分析()来测试预测PM的家庭特征之间的任何联系_2.5.专注。

2.2。医院记录

1997年4月至2003年12月，北纳瓦霍医疗中心(NNMC)印度保健服务中心(IHS)提供了以下七种疾病的住院和门诊数据:哮喘、支气管炎、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、咳嗽、肺炎、上呼吸道感染(URI)和喘息。该分析的原始数据包括每个记录实例的以下信息:住院日期或门诊日期，患者居住地，以及患者的年龄和性别。为了保护隐私，NNMC的工作人员对所有数据进行了匿名处理，并对其进行了汇总，这样就不会公布任何个人识别码。按病情/疾病组织的数据只包括住院日期或门诊日期、患者居住地以及患者的年龄和性别。数据没有区分或排名严重的结果。美国地质勘探局下属的所有工作人员都接受了IHS标准的培训，以保持记录的保密性，并遵守1996年《健康保险携带和责任法案》(HIPAA)。

该分析是根据年平均患病率进行的，P._ij，针对本研究，定义为， 在哪里是其中一种疾病，是患者的居住地，患者总数是否来自当地痛苦的疾病,是纳瓦霍居民的数量．因为数据是经过6年9个月的汇总，所以用6.75作为分母来估计年患病率。为了进行空间可视化和分析，使用ArcGIS(环境系统研究所，Redlands, California, USA)软件绘制了地图，利用自然间断将每种疾病的数据分成五类。人口数据来自2000年美国人口普查和其他来源(见表)1）.表格中美国印第安人的比例在哪里1是100.0，可以直接找到这个地方的纳瓦霍人口总数，但这并不一定意味着社区里的每个人都是纳瓦霍人。

2.3。煤/灰/空气化学表征

选择了两个场地进行重复环境PM_2.5.采样：现场Nav78与本站Nav151。Site Nav78 was approximately 2 km from the Four Corners Power Plant, which burns coal from the open-cut Navajo mine operated by BHP Billiton Limited, and site Nav151 was approximately 10 km farther from the Four Corners Power Plant, at a lower elevation along the San Juan River Basin and which burns coal from an underground mine also owned by BHP. The sampling occurred over continuous 24-hour intervals with periodic adjustments to maintain a 16.7 L/min flow rate in order to maintain a 2.5 m截止。过滤器每天都要更换，大约在中午Nav151站点和下午5:00 Nav78站点。在室内受控环境中，使用聚四氟乙烯包裹的钳子(聚四氟乙烯，如特氟隆)将过滤器从过滤器包中取出。

2.3.1。有机物

对于有机物和无机物的分析(见下面)，PM_2.5.samples were collected on 47 mm diameter PTFE filters with a 1.2 M截止（Pall Corporation，East Hills，纽约，美国）在酸洗PTFE过滤器包（URG，Chapel Hill，North Carolina，USA）。旋风（URG，Chapel Hill，North Carolina，USA），D-50切割点为2.5 m, 16.7 L/min，连接到每个过滤器包，入口朝下。使用质量流量计(Sierra Instruments Inc.， Monterey, California, USA)校准流量。采用球阀调节旋风分离器16.7 L/min的要求。使用低流量干气流量计(Hi-Q Environmental Products Company-SK-25, San Diego, California, USA)记录取样的空气总体积。由于研究区域没有电，12v直流泵(Rietschle/Thomas, Sheboygan, Wisconsin, USA)由深循环船用电池供电，每晚充电。过滤系统的所有组件都使用1/4英寸的Tygon管连接。塑料覆盖物被放置在气旋/过滤器包和船用电池上，以保护它们并防止污染。样品中包括野外空白，化学表征中也包括实验室空白。

样品过滤器储存在用二氯甲烷(DCM)预清洗过的60ml PTFE样品杯中。在返回弗吉尼亚州莱斯顿的USGS实验室时，添加25 mL DCM以防止微生物活性和污染。将聚四氟乙烯样品杯放在摇床上16-18小时，从聚四氟乙烯过滤器上的颗粒中提取有机物。过滤后，液体提取物被转移到一个小瓶中，体积减至100l在纯化的氮气流下。用于气相色谱/质谱/质谱（GC / MS）分析，2 将每个样品中的L注入HP 5973质量选择检测器，HP- 5ms熔融硅胶柱(30 m0.25毫米,0.25(惠普/安捷伦，加州圣克拉拉)，并以分割模式运行。载气采用氦气，流量一致为0.9 mL/min。喷油器温度为C.气相色谱仪烘箱温度的程序设定如下:C 4分钟，50-C在C /分钟,150年C在C /分钟,230年C在C /分钟,C 5分钟。使用Hewlett Packard ChemStation软件进行仪器操作和数据收集。采用NIST 02数据库和Wiley 7.1数据库进行有机组分鉴定。在每一组样品开始时，对已知标识和浓度的外标多环芳烃(PAHs)进行分析，确定响应因子。

除了对总离子电流色谱中确定的所有有机化合物进行比较外，还特别检查了以下26种多环芳烃:萘、1-基萘、2-甲基萘、联苯、2,6-二甲基萘、2,6-二甲基萘、苊、2,3,5-三甲基萘、芴、二苯并噻吩、菲、蒽、1-甲基菲、3,6-二甲基菲、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、chrsene、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽，苯并[e]芘，苯并[a]芘，苝，茚并[1,2,3,cd]芘，二苯并[ah]蒽，苯并[ghi]苝。根据色谱柱保留时间和选择性离子监测，从总离子电流色谱中鉴定了它们。

半定量分析通过从样品中PAH标准CUS-5734（超科学，北金斯敦，罗得岛州，美国）的主要离子，将其稀释至0.5的浓度的区域比较大的离子的区域进行 ng/l为26种PAH化合物中的每一种。多环芳烃的浓度是通过面积和稀释因子的比较确定的。

２.４.微量金属

周围的点_2.5.样本收集器使用三脚架固定装置(Hobo Weather Station-Onset Corporation, Bourne, Massachusetts, USA)构建，气旋入口位于地面以上2米。有关样本收集设备的其余部分的详细信息见上文。

过滤器储存在直径50毫米的带盖聚苯乙烯培养皿中，使用前用酸清洗。在清洗程序的第一步，顶部和底部放置在稀释的微皂浴15分钟，并用18.2兆欧姆/厘米密力q水冲洗。将培养皿覆盖并干燥一夜或在过滤过的空气中干燥后，将其置于10%的微量金属级HNO中_3.然后用18.2兆欧姆/厘米的水漂洗，晾干，放入干净的塑料袋中。

在科罗拉多州丹佛市的美国地质勘探局实验室，用于收集无机微量元素的聚四氟乙烯过滤器从1ml的盐酸和3ml的HNO中提取_3.取至50毫升。无机微量元素的解决方案进行了分析使用电感耦合等离子体原子排放光谱法(icp - aes)模型3300 dv(优秀)和电感耦合等离子体质谱法(icp) ELAN 6000(优秀/ Sciex,多伦多,安大略省,加拿大)锑、砷、铍、镉、铬、钴、铅、锰、和镍;汞的冷蒸汽原子吸收(CVAA);硒的氢化物发生原子吸收(HGAA)。

2.5。细颗粒物质浓度的评估

室内点_2.5.定量，个人DataRAM pDR1200允许实时粉尘监测2.5m截止旋风(Thermo Electron, Waltham, Massachusetts)和GilAir5三模空气取样泵(Gilian/Sensidyne, Clearwater, Florida)的运行速度约为4 L/min。它们的动力要么来自家用的交流电，要么来自标准的汽车电池和直流(DC)逆变器。对每个样本进行24小时的监测。

3.结果

3．1.家庭暴露风险分析

在出版时，在斯托克斯镇和周围的房屋内部进行了137名访谈。由于语言困难或因宗教或文化原因，所有参与者都不回答所有问题。这些调查的大多数被调查的人使用室内炉子进行加热（105 of 137,77％）;其余的有电或其他加热装置。调查的四分之一（137人，25％）的炉子中的炉子燃烧，这些炉子燃烧的炉子上不受木材燃烧的较高温度运行，而且许多炉子具有可见的裂缝或者通风不足外。类似的炉子的一部分为10岁或以上（35个，共137例，26％）。大多数炉灶有烟囱（106个，共117％，91％）;然而，许多烟囱有孔，裂缝和裂缝。虽然136名（15％）的受访者虽然21名受访者将自己作为吸烟者报告，但是那些只有仪式目的吸烟，山烟草的当地药草的人通常，通常每年不超过几次。 The complete responses from the survey instrument are available online [26］.

PM调查室子集的相关分析_2.5.数据可用，仅显示一个具有统计学意义的一个变量：家庭主要炉子上的可控阻尼器（P.= .046)。与细颗粒物浓度最接近显著相关的变量是家中窗户的数量(P.=小)。

3.2。医院记录

在6年零9个月(1997年4月至2003年12月)期间，共提取13万3759宗记录进行分析。这一数字包括在国家疾病中心发现的7种呼吸道疾病/疾病类别的所有病例。分析中忽略了不符合以下标准的情况:在纳瓦霍族交通部的官方地图上识别地点的能力，以及这些社区的可靠人口数据的可用性。因为在NNMC可以看到许多住在保留区以外的纳瓦霍人，所以在与印度卫生服务的Shiprock服务区边界相邻的20英里缓冲区内的病例也被包括在内。这使37个社区的统计分析数字减少到116,719个。冬季住院和门诊人数往往比夏季多(图)1），而最常见的疾病是URI。

表中列出了37个社区经人口调整的7种疾病/状况的年流行率2．数据2(一个)-2(一个)显示研究区域内每种疾病年流行率的地理分布。总体而言，Shiprock西部的高发病率似乎具有明显的空间聚集性，尽管情况并非一致。

３．３．煤/灰/空气化学表征

表中列出了环境中锑、砷、铍、镉、铬、钴、铅、锰、汞、镍、硒等微量金属的浓度3.．这些元素是从1990年《清洁空气法》修正案和后续出版物中指定的无机潜在有害空气污染物(HAPs)清单中挑选出来的。将浓度与表最后一栏中有毒物质和疾病登记处(毒物登记署)和国家职业安全与健康研究所(NIOSH)规定的健康水平进行比较3.．

对7个煤样进行了11种HAP微量金属浓度的分析(表)4.）.这些样本包括必和必拓(BHP)和布莱克梅萨(Black Mesa)的煤炭，以及从Shiprock地区的纳瓦霍家庭中采集的5个样本。这些值是在全煤干燥的基础上以百万分之一的单位测量的，与美国煤的平均值进行比较(见表)4.)，为浓度提供参考。在11个HAPs中，唯一一个超过美国平均值的样本是站点Nav51的铅。

3.3.1。有机物

2006年冬季在室内和室外的Nav78和Nav151地点采集了细颗粒物样本材料，用于有机化学表征，2006年夏季仅在Nav151地点采集了一次。在分析中生成的总离子电流色谱图上的每个峰代表至少一个不同的有机化合物。每个样本的峰数在7 - 131之间，室内的峰数高于室外，冬季的峰数高于夏季。如果不与已知的气相色谱/质谱标准进行比较，每个峰对应的化合物的确切鉴别是不确定的。获得26种多环芳烃的标准是为了比较每单位体积采样的空气中这些化合物的相对含量，因为已知的健康风险与多环芳烃有关。

通过这种半定量分析，从任何样品中收集到最多的多环芳烃化合物是苯并[ghi]苝，浓度为116.1 ng (3.610 ng/m)^3.在冬天的室内遗址NAV151（表5.）.对夏季在Nav151室外采集的24小时样本，26种多环芳烃中仅检测到11种，并进行了半定量分析。该样品中多环芳烃含量最少(总质量为6.2 ng，或0.193 ng/m)^3.室外冬季Nav78样品中PAHs总估计质量最低，为3.0 ng (0.093 ng/m)^3.）.

3.3.2。微量金属

室内室外与痕量元素浓度两个比较2006年2月进行了改造，在煤被用来在室内，每个基于72小时的样本。The sites sampled are site Nav78, located within about 1.5 km of the power station, and site Nav151, located a much greater distance from the station. The ratios of indoor versus outdoor concentrations of elements extracted from the 72-hour filters are shown in Figure3.．对于Nav151位点，室内浓度大于或等于室外浓度(室内/室外)1）除SE和TA之外的所有元素（图3.). 室内空气中明显富集的元素（室内/室外比）2.0）包括，Na，Mg，Al，Si，Ca，Co，Ni，Rb，Sr，Zr，Nb，Ag，Cs，Ba，La，稀土元素（REES）（SM除外，IN / OUT除外））PB，TH和U.最丰富的室内空气浓度超过3.0倍的室外环境空气，是（室内/室外= 3.07），SR（IN / OUT = 3.10），ZR（进出=3.99），CS（IN / OUT = 6.00），BA（IN / OUT = 5.49），LA（IN / OUT = 8.72），CE（IN / OUT = 6.06），PR（IN / OUT = 3.08），TB（进出= 4.00）;TM（IN / OUT = 3.00），YB（IN / OUT = 3.67），U（IN / OUT = 3.13）（图3.）.

3.4。下午_2.5.室内/室外数据

结果是在2005年，2006年和2007年冬季持续时间的二十个室内样品中获得的。在其他十个案件中，监测监测系统未在全额24小时内运行，并且这些数据被排除在外。在某些情况下，显示器或泵的某些机械原因失败;例如，DC电池在一个家中丢失了电荷，没有电。在其他情况下，监视器故意关闭，因为它被视为太大声，分散注意力或烦人，或因为未指明的文化/精神异议。除了20个24小时样本中的一中，至少有一些煤在采样期间被燃烧。

平均24小时PM_2.5.图中显示了所有20个家庭在冬季的浓度4.．总体平均为36.0g / m^3.（数字4.）.在一个拥有丙烷加热源的家庭，PM_2.5.浓度为0.293g / m^3.，为所有20个样本的最低平均值。排除该样本，平均PM_2.5.19户燃煤住宅的集中度为37.9g / m^3.．24小时平均PM最高_2.5.浓度是109g / m^3.，是EPA 24小时环境标准35的三倍多 g / m^3.．PM有很大的变化_2.5.在抽样期间的集中度，如一个代表样本所示的每小时平均值所示(图)5.）.

8小时室内PM_2.5.2006年整体平均PM暑假期间收集的样本_2.5.这8个家庭的集中度是12.0g / m^3.．在抽样期间，没有煤在这些家中烧毁，尽管一个家庭报告的吸烟吸烟。

周围24小时点_2.5.2005年夏天，我们在Nav78和Nav151两个地点采集了样本。在六天的时间内，平均24小时的PM_2.5.地点NAV78和NAV151的浓度为13.70μg / m^3.和9.43 μg / m^3.,分别。在2006年冬天，在收集其中一个室内样品的同一个24小时期间，将显示器放在其中一个房屋外。

平均PM._2.5.该样品的浓度为9.95 g / m^3.. 作为比较，全年24小时平均环境PM_2.5.在NM法明顿的美国环境保护局监测站，离Shiprock住宅最近的浓度分别为15、21、16、15和11g / m^3.分别为2001年、2002年、2003年、2004年和2005年(出版时可获得的最新数据)。

4.讨论

在这里，我们展示了一项多组分研究的结果，该研究涉及到纳瓦霍民族与呼吸健康相关的燃煤产品的真实和感知暴露及风险的各个方面。我们发现，与夏季相比，冬季的呼吸系统疾病负担（根据所述七种疾病/状况的住院和NNMC的门诊量衡量）有所增加（图1）1)，然而发电厂在夏季的排放量要大于冬季(例如，[27])。排放增加的可能原因是，四角地区发电厂发电的客户主要居住在拉斯维加斯、凤凰城和洛杉矶等城市，这些城市在夏季的需求较高，可能是对空调的需求。这可能会在一定程度上被冬季(而非夏季)出现热逆温的可能性更高所抵消，但这仍然表明，可能不仅仅是发电厂的烟雾导致了冬季病例的增多。事实上，呼吸道疾病在冬季更容易在普通大众中发生，这是众所周知的。

无论燃烧产物是工业的还是住宅的，大气热逆温都对其产生相同的影响。Shiprock人口中心位于圣胡安河河谷的低处，比海拔较高的外围社区更容易受到逆涝的影响。尽管发电厂在夏季的排放量较大(例如，[27)，当家庭燃煤燃烧增加时，来自住宅烟囱的烟雾可能是观察到Shiprock的空气污染比周围地区更严重的一个重要因素。

炉灶/燃料类型/使用调查结果表明，家庭特征很少能预测PM_2.5.也进行了空气监测的18个子集的浓度。在两个统计上最显著的变量中，这两个变量确实与室内PM有关_2.5.窗户的数量和浓度似乎反映出，通风条件越好，测量的细颗粒物浓度越低(窗户数量越多，可吸入颗粒物浓度越高)_2.5.）.对于另一个变量，煤炉上的可控阻尼器与较高的PM相关_2.5.浓度在家里，而下午_2.5.在没有控制阻尼器的家庭中，空气污染水平较低。最可能的情况是，希望尽可能少的热量通过烟囱逸出的居民倾向于关闭可控阻尼器至少部分，从而允许更多的PM_2.5.进入居住区。

在目前的研究中，即使在炉子和/或烟囱有明显裂缝的家庭中，在燃烧煤炭时，也很少有可见的烟雾进入房间。如果居民观察到烟雾进入家中，他们可能更倾向于更好地密封他们的炉子和烟囱。有迹象表明，即使在没有烟羽进入生活空间的情况下，也会接触到细颗粒物质，在墙壁和其他表面上观察到烟尘迹象，有时相当重。虽然在本研究中未对非空气传播的家庭烟尘进行分析，但已从中国燃煤家庭的烟尘中鉴定出许多致突变多环芳烃[28］.

检查医院记录数据的地理分布后（图2(一个)-2(一个))，但在圣胡安河谷沿岸的社区并没有明显的高发病率聚集。然而，在Shiprock西部，从Shiprock服务区西北边界的圣胡安河到Shiprock服务区西南边界，明显有一群社区对大多数疾病/状况的排名较高。Shiprock镇在所有7种疾病/状况中排名前十:在所有37个社区中，Shiprock的哮喘排名第2，咳嗽和喘息排名第3，肺炎排名第6,URI排名第7，支气管炎排名第8,COPD排名第9。有趣的是，shiprock西南部的Red valley在7种疾病/疾病中的5种排名第一(Kimbeto的COPD最高，Nageezi的URI最高;红谷分别排在第6和第3位)。红谷位于Shiprock的西南部，不在圣胡安河谷，但它的海拔比Shiprock低，而且，根据传闻的证据，发电厂排放的烟柱经常在当地朝那个方向流动，特别是在大气热逆温期间。

第一次，来自纳瓦霍民族居民的群体内部的细颗粒物质已经量化和化学表征。该地区的许多居民都暴露于PM_2.5.在他们的家中，至少在冬天，燃烧煤炭作为家庭取暖燃料。24小时平均PM_2.5.20个房屋内部煤炭被烧灼为热量超过美国环境保护局24小时的环境PM标准_2.5.35 g / m^3.．此值仅供参考，因为没有室内PM的法规标准_2.5.．目前的研究还证明，与其他燃料不同，本研究中用于燃煤的炉子有四分之一在煤燃烧时的高温下不能正常工作，而且在许多情况下，炉子处于失修状态。

对于两个场地所选择的重复环境PM_2.5.在2005年夏天，Nav78站点(平均24小时PM_2.5.浓度= 13.70g / m^3.)坐落在离发电厂和纳瓦霍矿更近的地方。因此，该站点暴露于各种PM_2.5.来源，如烟囱排放的废气、实际开采煤炭时产生的煤尘、附近未铺设道路上的交通、飞灰，以及从煤矿列车到发电厂的煤炭卸载/倾倒(造成巨大的可见的黑烟云)。此外，由于燃烧的副产品至少在地面100米以上的地方释放，因此该地点接触到的烟囱排放物可能相对较少。

网站Nav151(平均24小时PM_2.5.浓度= 9.43g / m^3.)离发电厂较远，在圣胡安山谷海拔较低，因此可能暴露在相对较大的PM比例_2.5.从煤的燃烧，从发电厂和人们的烟囱发出，这些烟囱在山谷中累积，并被热逆分被捕获。网站NAV151不附近任何主要铺砌的道路，最近的未铺砌道路上唯一的流量由居民每天驾驶一次或几次驾驶。

室内和环境24小时平均PM_2.5.2006年冬季，还对这两个地点的浓度进行了测量。Nav78和Nav151地点的室内值为52.24 g / m^3.和18.90g / m^3.，而室外值为9.95g / m^3.和13.04g / m^3.,分别。奇怪的是，那些冬季环境的PM_2.5.这两个地点的浓度几乎与夏季测量的相反，当时发电厂的排放稍微高一些:即环境颗粒物_2.5.核电站旁边的现场浓度为13.70g / m^3.在夏天和9.95g / m^3.冬季为9.43g / m^3.在夏天和13.04 g / m^3.在冬天。

室内和室外有机化合物和微量元素的比较表明，室内煤炭使用增加了人类对这两种物质的接触，可能是纳瓦霍人呼吸健康问题的一个促成因素。例如，观察到Nav78场址室内空气中含有全面的微量元素富集，但与Nav151场址相比，更多的元素（Se、Mo、Cd、Sb、Ba、W、Tl、Pb、Bi和U）显示出相反的趋势，并且更多地集中在室外过滤器中。显示这种反向富集的元素是重元素，似乎表明是煤或煤灰来源，或另一种金属富集来源，而不是来自当地道路灰尘的铝硅酸盐来源。

所有在周围空气中的微量金属浓度在2005年以低于由ATSDR和NIOSH设定的健康水平准则水平进行检测;然而，这些条件只是作为一个参考，因为不存在24小时环境空气标准。大多数这些标准都是基于由职业安全和健康管理局[设置限制29］.因此，这些标准适用于职业环境，而不是一般的环境空气质量。

微量元素的浓度和传统煤炭质量的措施(例如,灰分、热量等)(数据未显示),没有明显差异样本住宅或井口发电厂,尽管四角煤炭灰分以高于从黑色的台面。因此，根据分析的样本，有些人认为劣质煤供人们使用，而“好”煤留给电厂，这种看法似乎是没有价值的。

Nav78网站的结果表明，对于分析的重元素，环境暴露可能超过室内煤炭使用造成的暴露。然而，在这两个地方，室内的有机化合物比室外的要多。由于煤炭燃烧并不是室内有机物的唯一来源，未来的分析可能会集中于识别这些化合物。例如，高水平的重分子量多环芳烃可能表明煤炭燃烧。

未来的研究将直接联系到室内PM_2.5.需要煤炭燃烧的浓度和呼吸健康结果，而不是船只区域中的非煤焚烧家庭。Spatrock呼吸健康状况不佳的空间模式的建议也值得额外调查。Navajo Homes的室内空气质量的一个有利的改进将是升级或兑换旧炉子或那些不适合燃烧煤炭的人。鉴于经济现实对预订，这些行动可能需要由大公司或慈善基金会等实体进行干预。

5.结论

本报告介绍了煤炭燃烧的第一个系统研究，对Navajo国家呼吸系统呼吸健康的影响。由于居民燃烧的煤炭，已经调查了超过130所房车区的房车区的房车区，并且在那些家庭中的四分之一的炉子不适合煤炭燃烧。在对一套健壮的医院记录数据的空间分析的基础上，血型脚克和附近社区的居民似乎比其他社区的人不受热反转的人更大的风险，例如典型的预订．在船员附近的两个大型燃煤发电厂的存在可能有助于这种风险，但本研究的结果表明，通过对家庭供暖方法进行比较简单和廉价的变化，可以降低风险。未来的研究进一步检查煤炭燃烧产物暴露和呼吸系统偿还之间的表观联系将是有益的。虽然环境空气质量仍然是一个问题，但是通过改变室内家庭供暖行为和提高炉灶质量，可以减少船只区域的呼吸系统疾病负担。

致谢

感谢罗伯特•芬克尔曼、菲奥雷拉•西蒙尼、加里•拉塞尔•金、史蒂夫•塞姆肯、多丽丝•巴希、维罗妮卡•弗朗西斯科、波林•斯坦利、索尼娅•刘易斯、贝弗利•马克斯韦尔、伊冯•斯科特、阿诺德•克利福德、格雷琴•霍夫曼、崔在浩等人的慷慨帮助。非常感谢纳瓦霍民族经济发展部的特里布·乔杜里编制了2000年人口普查数据。特别感谢Marnie Carroll和Marin Robinson对手稿的专家评审。他们还希望感谢以下组织的资金支持:美国地质调查局能源资源计划;Diné学院，Shiprock校区;美国能源部(DOE)资助的环境教育和技术发展联盟(WERC);美国能源部资助的TCI(部落学院倡议);以及能源部的米基·利兰基金会。

参考文献

1. 纳瓦霍民族经济发展部，“纳瓦霍民族人口统计概况”，http://www.navajobusiness.com/fastfacts/demographics.htm.．浏览：谷歌学术
2. L. F. Brown, D. D. Hickmott, R. P. Currier, S. C. Semken, T. Lameman, and S. Yazzie，“在纳瓦霍保留地减少对健康的不利影响和改善炉灶的性能——一项行动计划”，报告洛斯阿拉莫斯国家实验室，1996年。浏览：谷歌学术
3. P雷诺，地球母亲，天空之父，与经济发展——纳瓦霍资源及其利用，新墨西哥大学出版社，新墨西哥州阿尔伯克基，美国。
4. J. E. Bunnell和L.V. Garcia，纳瓦霍煤和新墨西哥州希普洛克的空气质量，官方的事实表没有。2006-3094，美国地质调查，美国内部部门，旧版，VA，美国，2006年，http://pubs.usgs.gov/fs/2006/3094．
5. D. W. Mapel, D. B. Coultas, D. S. James, W. C. Hunt, C. A. Stidley，和F. D. Gilliland， "铀矿工人非恶性呼吸系统疾病流行的种族差异"，美国公共卫生杂志，第87卷，第2期5，第833-838页，1997。浏览：谷歌学术
6. S. A. Lowther, D. K. Shay, R. C. Holman, M. J. Clarke, S. F. Kaufman, and L. J. Anderson，“美国印第安人和阿拉斯加土著儿童中细支气管炎相关的住院治疗”，儿科传染病杂志第19卷第2期1，页11-17,2000。浏览：谷歌学术
7. R. C. Holman, A. T. Curns, J. E. Cheek等，“美国印第安人和阿拉斯加土著婴儿及美国一般婴儿中呼吸道合胞病毒的住院情况”，儿科，第114卷，第2期。4，页437 - 444,2004。浏览：出版商的网站|谷歌学术
8. A. J. Peck, R. C. Holman, A. T. Curns等，“美国印第安人和阿拉斯加土著儿童以及美国一般儿童的下呼吸道感染”，儿科传染病杂志，第24卷，第2期4，页342 - 351,2005。浏览：出版商的网站|谷歌学术
9. J. R. Pleis和P. M. Barnes，“多种族成年人和单一种族成年人的呼吸状况比较:基于美国印第安人/阿拉斯加土著和白人成年人的分析，”种族与健康，第13卷，第2期5，页399-415,2008。浏览：出版商的网站|谷歌学术
10. A. L. Wright, C. Holberg, F. D. Martinez，和L. M. Taussig，“父母吸烟与婴儿喘息和非喘息下呼吸道疾病的关系”，儿科杂志》，第118卷，第2期，第207-214页，1991年。浏览：出版商的网站|谷歌学术
11. A. L. Wright，C. J. Holberg，L. M. Tauseig和F. D. Martinez，“婴儿饲养到6岁时喘息的关系”，“儿科与青少年医学档案，第149卷，第2期。7，第758-763页，1995。浏览：谷歌学术
12. M. D. Lebowitz, R. Dodge, J. Holberg，“环境对儿童肺功能的影响”支气管内科皮特里卡D. Castello和R. Ronchetti, Eds。那P.P.。187.-19.6.那Verduci, Rome, Italy, 1993.浏览：谷歌学术
13. T. A. E. Platt-Mills, M. D. Chapman, S. P. Squillace, R. B. Sporik, R. S. Call，和P. W. Heymann，“过敏原的作用”，在哮喘、生理学、免疫药理学和治疗-第四届国际研讨会奥斯丁、利希滕斯坦和凯。，第27-39页，Harcourt Brace，波士顿，美国马萨诸塞州，1993年。浏览：谷歌学术
14. 斯凯勒和魏斯曼，《生物制剂与过敏性疾病》，刊于室内空气污染——健康视角，J. M. Samet和J. D.斯宾格勒，编，第285-305，约翰霍普金斯大学出版社，巴尔的摩，MD，USA，1991。浏览：谷歌学术
15. D. Brugge和R. Goble的《铀矿开采和纳瓦霍人的历史》美国公共卫生杂志，第92卷，第2期9，第1410-1419页，2002。浏览：谷歌学术
16. N. Bruce，R.Perez-Padilla和R. Albalak，“发展中国家的室内空气污染：主要的环境和公共卫生挑战”世界卫生组织公报第78期9，页1078-1092,2000。浏览：谷歌学术
17. M. Ezzati和D. M. Kammen，“发展中国家接触固体燃料室内空气污染对健康的影响:知识、差距和数据需求”，环境健康观点号，第110卷。11，页1057-1068,2002。浏览：谷歌学术
18. 钱志刚，张建军，李瑞恩，魏福峰，李瑞恩，“中国儿童呼吸系统疾病与煤烟暴露的暴露-反应关系”接触分析与环境流行病学杂志第14卷第2期1, pp. S78-S84, 2004。浏览：出版商的网站|谷歌学术
19. E冯·穆提乌斯，S。伊利，T。尼科莱和F。DMartinez，“室内取暖与哮喘、过敏性过敏和支气管反应性的关系：对南巴伐利亚州儿童的调查，”英国医学杂志，第312卷，第3期。7044，第1448-1450页，1996。浏览：谷歌学术
20. K. Morris, M. Morganlander, J. L. Coulehan, S. Gahagen, V. C. Arena，《美国印第安儿童的燃木炉与下呼吸道感染》，美国儿童疾病杂志第144卷第1期1，页105-108,1990。浏览：谷歌学术
21. L. F. Robin, P. S. J. Lees, M. Winget et，“纳瓦霍儿童的燃木炉灶和下呼吸道疾病”，儿科传染病杂志，卷。15，不。10，pp。859-865,1996。浏览：出版商的网站|谷歌学术
22. G. R. Yohe和E. O. Blodgett，“煤与氧在氢氧化钠存在下的反应与硫酸二甲酯的甲基化效应”，美国化学学会杂志，第69卷，第2期11，第2644-2648页，1947。浏览：谷歌学术
23. r·b·芬克尔曼，《煤中的微量元素》，收录于有机地球化学恩格尔(M. H. Engel)和马科(S. A. Macko)。那P.P.。5.9.3.-6.0.7.那P.lenum Press, New York, NY, USA, 1993.浏览：谷歌学术
24. 徐昕，高健，道克瑞，陈颖，“北京地区空气污染与居民死亡率的关系研究”，中国环境科学，2018,31(4):559 - 563。环境卫生档案，第49卷，第49期。4，第216-222页，1994。浏览：谷歌学术
25. c . Janeway免疫生物学，美国纽约，第6版，2004。
26. J. E. Bunnell和L. V. Garcia，“纳瓦霍民族Shiprock地区住宅供暖燃料和炉灶类型和使用的调查结果”，打开的文件报告2008-1249, USGS, Reston, Va, USA, 2008。浏览：谷歌学术
27. 美国环保署(美国环境保护署)，“2006年24小时区域指定”${\text{下午}}_{\mathrm{2.5.}}$NAAQS-Technical信息”,2006年,http://www.epa.gov/ttn/naaqs/pm/docs/2005_ei_new_mexico.xls．浏览：谷歌学术
28. M. J. Wornat, E. B. Ledesma, A. K. Sandrowitz等人，“在中国河南省燃煤炉灶的煤烟提取物中鉴定出多环芳烃”，环境科学与技术第35期第10页，1943-1952,2001。浏览：出版商的网站|谷歌学术
29. 职业安全与健康管理局，“有害和有毒物质标准”，2006年，http://www.osha.gov/SLTC/hazardoustoxicsubstances/standards.html．浏览：谷歌学术

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