文献阅读 | 室外空气污染导致全球不同程度的过早死亡

题目

The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale

作者

J. Lelieveld, J. S. Evans, M. Fnais, D. Giannadaki & A. Pozzer

期刊

Nature

时间

16 September 2015

一作

单位

Atmospheric Chemistry Department, Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, 55128, Germany

The Cyprus Institute, Energy, Environment and Water Research Center, Nicosia, 1645, Cyprus

链接

https://www.nature.com/articles/nature15371

研究内容

空气污染会带来人群健康的损失，包括O₃导致的慢性阻塞性肺病(COPD)，PM_2.5导致的急性下呼吸道疾病(ALRI)、脑血管疾病(CEV)、缺血性心脏病(IHD)、慢性阻塞性肺病(COPD)和肺癌(LC)。高分辨率的全球区域模型和卫星数据已被用于改进对PM_2.5和O₃浓度及空气质量影响的估计，所以本文结合人口数据和国家级健康统计数据，使用高分辨率应用大气化学-一般循环模型（Atmospheric Chemistry–General Circulation Model）计算全球空气质量变化，并基于2010年全球疾病负担(GBD)的方法计算空气污染的相关死亡率。

世界卫生组织的空气质量准则将颗粒物视为同等毒性，不考虑细颗粒物的来源和化学成分。但是有专家研究指出，碳质颗粒比地壳物质、硝酸盐和硫酸盐的毒性更大，例如Thurston的研究结论为：燃煤产生的PM_2.5会增加心血管疾病和肺癌的死亡风险，其他排放源暂无可靠证据，所以仅使用非特定来源的PM_2.5质量估算可能会低估相关总死亡率。本文假设PM_2.5的健康总体影响不变，但是含碳颗粒物的毒性是无机颗粒的5倍，开展了PM_2.5­毒性二次分析。

研究结果

本文计算了CEV、COPD、IHD、LC（30岁成年人）以及ALRI（5岁婴儿）的相关过早死亡人数（表1）。结果显示：2010年全球的PM_2.5相关过早死亡人数为315万人（CI95：152-460万），主要病因为CEV(131万)、IHD(108万)，次要病因为COPD(37.4万)、ALRI(23万)、LC(16.1万)；O₃导致的慢性阻塞性肺病的相关过早死亡人数为14.2万人(CI95：9-20.8万) 。2010年全球有3.30万因室外空气污染过早死亡(CI95：1.61-4.81)，而由于做饭和取暖时使用固体燃料，每年估计还有354万人死于室内空气污染。

表1  PM_2.5和O₃相关过早死亡人数（<5岁及≥30岁）

图1展示了2010年室外空气污染导致的过早死亡人数的地区分布。2010年空气污染造成的人均死亡率约为每年万分之五，因空气污染而过早死亡的每5人中，约有2人死于CEV，1.6人死于IHD，0.8人死于COPD，0.35人死于ALRI，0.25人死于LC。西太平洋区域人均死亡率最高，其次是东地中海和东南亚。高人均死亡率和高人口密度的同时存在解释了到目前为止的西太平洋死亡人数最多的事实，中国是其中主要的贡献者（每年136万人）。东南亚的过早死亡人数居第二高位，印度是主要的贡献者（每年65万）。全球与室外空气污染有关的死亡率在很大程度上受到了亚洲高死亡率的影响。

图1  2010年与室外空气污染有关的过早死亡人数

表2列出了2010年因室外空气污染导致的过早死亡率最高的前15个国家以及每个污染源的贡献。住宅和商业能源使用（RCO）是世界上最大贡献的源类别，约三分之一，如果考虑颗粒物毒性不同的假设，那么贡献将增加两倍多。RCO贡献的室外空气污染会导致100万人死亡，而贡献的室内空气污染会进一步导致354万人死亡。贡献第二大的人为源是农业，占五分之一，如果考虑颗粒物毒性不同的假设，那么农业源的贡献将上升到四分之一。

表2  2010年室外空气污染导致的过早死亡率排名前15位的国家

2010年各区域最重要的源类别如图2所示。可以看出：RCO在人口密度高的亚洲地区贡献居于首位，中国的比例约为32%，印度、孟加拉国、印度尼西亚和越南为50%-60%，尼泊尔最高，接近70%；西方国家的比例通常为5%-10%（除法国和波兰的15%外）。该排放源含碳颗粒物所占比例相对较大，考虑毒性不同的假设，RCO对过早死亡的贡献比例将从31%上升到59%；考虑RCO与IHD死亡率无关的假设，则该比例从31%降至26%。

图2  2010年对室外空气污染所致死亡率影响最大的污染源类别

农业源是欧洲、俄罗斯、土耳其、韩国、日本和美国东部地区的主要源类别（图2），农业对PM_2.5的贡献率在欧洲可以达到40%甚至更高。因为农业释放的氨通过多相化学途径形成硫酸铵和硝酸盐以影响空气质量。而氨丰度经常限制PM_2.5的形成，所以减少氨排放可以改善空气质量。天然源的贡献在北非、中东和中亚地区占主导地位 (表2和图2)。如果细颗粒物毒性相同，那么自然源造成的过早死亡率约为六分之一；如果碳质颗粒的毒性是地壳物质的5倍，贡献下降为约十分之一。第三大人为源是化石燃料发电厂，向大气排放了大量的SO₂和NOx，并进一步转化为硫酸盐和硝酸盐。美国、俄罗斯、韩国和土耳其的发电厂的排放贡献约占20%，同时发电厂对中东地区的细颗粒物形成也有很大贡献。发电源贡献对是否考虑毒性差异假设很敏感假设毒性不同时，其贡献率将会降低2倍。工业源贡献较小，所占比例约为7%（表2）。工业源在工业化国家和新兴经济体中普遍存在，但很少是导致过早死亡的原因。在颗粒物毒性差异的假设下，其对死亡率的贡献将降低2倍多。在德国、英国和美国的PM_2.5和O₃导致的过早死亡中，约有五分之一来自陆地交通。交通产生的氮氧化物会在大气中形成硝酸盐颗粒物，考虑毒性差异的假设，陆地交通源在全球的贡献率为5%。但是这可能是下限，因为陆地交通同时会排放其他污染物。生物质燃烧源贡献较小，对全球的贡献约为5%，但是地区分布很广：在加拿大、西伯利亚、非洲、南美洲和澳大利亚都是主要源，这是由于这些地区的年均PM_2.5浓度较低；在越南和印度尼西亚的人口密集地区（例如爪哇），居民能源消耗高，所以生物质燃烧排放较大（表2）；生物质燃烧在南半球是PM_2.5形成的主要来源，巴西约为70%，安哥拉地区高达90%。但是生物质燃烧源排放对健康影响的不确定性很高，特别是与IHD相关的死亡率，因为该源排放占主导地位的地区缺乏流行病学的队列研究。2050年，全球室外空气污染导致的过早死亡人数将增加到660万人（CI95：340-930万），其中东南亚和西太平洋的过早死亡将大幅增加（表1）。预计人均死亡率将从2010年的5 /万人/年上升到2050年的约7 /万人/年；亚洲依然是“重灾区”，约占全球的75%。随着城市空气污染浓度的增加，对人群的健康影响也日益加剧。2010年室外空气污染导致的城市过早死亡人数为200万，到2050年将增加到430万，分别占当年全球过早死亡人数的60%和65%。2010年城市的人均死亡率比农村高出约50%，2050年将增加到近90%。

研究结论

如果要避免预期的因空气污染导致过早死亡人数的增加，需要采取更为强劲的空气质量控制政策，特别是南亚和东亚。如果所有细颗粒物毒性相同，部门减排方面应着重考虑住宅能源使用和农业。不同排放源所产生的颗粒物毒性仍未达成一致定论，排放源的贡献归属有待进一步研究。

编辑：张思露

排版：张思露 江琴

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