热点研究 | 中国农村地区民用黑炭排放对室外空气质量和公众健康的影响

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编者按

近年来，我国大气污染问题受到广泛关注，全社会积极推动了众多控制措施的实施。目前，决策者、民众、研究机构重点关注于城市大气污染和居民健康的问题，控制措施也主要针对城市排放源。相比之下，农村固体燃料使用所导致的空气污染及民众健康问题尚未受到应有的重视。已有研究表明，用于做饭和取暖的固体燃料燃烧会产生一次颗粒物、黑炭、多环芳烃等污染物，是大气污染物的主要来源之一，严重影响区域大气环境和室内空气质量，危害民众身体健康。据世界卫生组织（World Health Organisation, WHO）统计，全球大约有30亿人主要依靠煤、木柴、木炭、农业废弃物和动物粪便等固体燃料做饭或取暖，特别集中在低收入和中等收入的国家和地区。在我国农村地区，固体燃料的使用十分广泛。因此，针对我国农村固体燃料使用所导致的空气污染及民众健康问题开展深入的研究工作将为我国下一阶段环境战略的制定提供科学参考。

研究背景及方法

中国是世界上黑炭排放量最多的国家，其中 50-70％来自民用固体燃料燃烧。黑炭（BC）是颗粒物（PM）的重要组成部分，同时与空气污染、气候变化息息相关，并在很大程度上影响公众健康，被国际癌症研究机构（IARC）归为2B类致癌物。黑炭已经成为全球大气科学领域备受关注的研究课题之一，但我国黑炭排放情况的相关量化研究并不完善。针对这一问题，本研究采用了排放清单与模型模拟相结合的方法，量化了我国农村地区民用源黑炭排放造成的疾病负担，并进一步提出了污染控制的政策建议。

本研究采用自下而上方法，以土地利用、人口密度、社会经济等信息为基础，在1km×1 km的分辨率下，构建了我国农村固体燃料（煤和生物质）燃烧导致的黑炭排放清单。基于此套清单，本研究采用 WRF–CMAQ v5.2耦合模型模拟不同地区的黑炭浓度，并通过基于流行病学研究得出的黑炭浓度-反应函数（CRF）定量评估了由黑炭暴露导致的过早死亡情况。

研究结论

本研究构建的清单显示，2014年中国农村民用固体燃料消耗黑炭排放总量约为648Gg（95%CI: 361.0-965.9 )。其中，燃煤的黑炭排放量约为119.2Gg（95%CI: 92.9-128.6），占总数的18.4%；秸秆焚烧的黑炭排放量约为302.9Gg（95%CI: 161.2-474.1），占总数的46.7%；木材燃烧的黑炭排放量约为247.5Gg（95%CI: 118.2-396.9），占总数的38.2%（图1）。

图1. 2014年中国农村民用黑炭排放量的空间分布（kgBC / yr / grid）

本研究采用k均值聚类算法，将模型输出的黑炭浓度年均值划分归类为四个区域（T1—T4），确定了T1—T4四个地域的黑炭浓度中心值分别为8.46、3.51、1.23、0.15μg/m³（图2）。研究表明，T1所代表的四川盆地地区黑炭高浓度主要归因于区域传输（垂直物理过程对农村和城市地区黑炭浓度的变化影响为负值，水平物理过程对农村和城市地区的黑炭浓度变化影响为正值）；T2、T3和T4 地区黑炭主要来自于农村地区民用排放（物理和化学过程敏感性相似且其农村地区垂直分量高），其中，在T3地区，农村地区产生的黑炭会向城市地区传输。

图2. 黑炭浓度的空间分布及其对物理和化学过程的敏感性

研究表明，黑炭浓度具有日变化及季节差异特性。黑炭浓度在7月处于全年最低水平，为0.34μg/m³；在1月达到最高水平，为1.31μg/m³。此外黑炭小时平均浓度会在夜间22点达到最高值，为1.16μg/m³，在中午13点降至最低值，为0.24μg/m³（图3）。

图3. 农村民用源造成的农村地区与城市地区月均和每小时黑炭浓度

本研究发现，黑炭排放导致的我国农村地区过早死亡人数约为171000人（95%CI：69000-387000），四川省、河南省和山东省是由于黑炭排放导致过早死亡人数最多的三个省，分别为37000人（95%CI：33000-46000）、18000人（95%CI：16000-23000）和18000人（95%CI：14000-26000）。通过进一步将各省的城市和农村地区逐一划分，本研究发现，相较于城镇居民，我国农村居民受黑炭排放导致的健康影响更大，特别是在甘肃、云南、贵州、广西、吉林、江西、黑龙江、海南和西藏等地（图4）。

图4. 中国农村居民黑炭排放量导致的过早死亡空间分布和城市农村地区比例

近年来，我国针对大气污染问题采取了一系列政策和措施，空气质量得到显著提升，但大部分措施集中于工业、能源和移动源部门，对农村地区民用源排放关注较少。本研究为民用部门空气污染控制策略的制定提供了更多的科学依据，有助于加强决策者、民众、研究机构对这一问题的重视，推动民用部门空气污染的防治工作。在中东、印度等发展中国家，民用燃料使用对黑炭排放的贡献更是超过50%，本研究进一步呼吁发展中国家尤其应加强对此类问题的关注。此外，如将室内空气污染暴露问题考虑在内，民用部门黑炭排放所带来的健康问题将更加严重。由于农村居民居住条件较差、室内通风条件不良等问题，农村居民时常暴露在高浓度污染的室内环境中，健康风险极大。因此，亟需加强相关政策的制定，帮助农村居民改善居住条件、使用更清洁的燃料，以降低黑炭的健康风险。

【CCAPP秘书处根据原文整理发布】

【图片来源：网络】

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原文题目：Assessing outdoor air quality and public health impact attributable to residential black carbon emissions in rural China

原文作者：Yefu Gu, Weishi Zhang, Yuanjian Yang, Can Wang, David G. Streets, Steve Hung Lam Yim

第一作者单位：Department of Geography and Resource Management, The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China

发表期刊：Resources, Conservation & Recycling

出版年月：21 April 2020

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