文献阅读 | 中国大气汞排放的跨省健康影响
题目
Trans-provincial health impacts of atmospheric mercury emissions in China
作者
Long Chen, Sai Liang, Maodian Liu, Yujun Yi, Zhifu Mi, Yanxu Zhang, Yumeng Li, Jianchuan Qi, Jing Meng, Xi Tang, Haoran Zhang, Yindong Tong, Wei Zhang, Xuejun Wang, Jiong Shu & Zhifeng Yang
期刊
Nature Communications
时间
2019年4月
一作
单位
Key Laboratory of Geographic Information Science (Ministry of Education), School of Geographic Sciences, East China Normal University, Shanghai 200241, People’s Republic of China.
链接
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09080-6
摘要
大气汞(Hg)暴露对人体健康构成重大风险，全面系统地从经济活动到人类健康进行长链条调查是揭示汞相关健康风险来源和过程的关键。中国作为全球最大的汞排放国家，迫切需要系统的汞评估方法。据此，研究开发一种系统全面的评估方法，绘制了中国与汞相关的健康风险地图，并估计2010年胎儿智商(IQ)下降0.14点，死于致命性心脏病的7360人与甲基汞的摄入量有关。研究首次绘制了中国大陆地区的人群因汞摄入暴露的健康风险地图，从多视角探讨了各地区健康风险来源，发现地区间贸易显著改变了中国人群的健康风险，揭示了省际贸易对全国汞相关健康风险的重大影响。
引言
汞(Hg)是一种全球公认的神经毒性污染物，具有持久性特征，并能在全球大范围进行迁移和沉降。无机汞在食物网中的甲基化可产生剧毒性的甲基汞，可导致胎儿神经认知障碍，智商下降以及心血管疾病。日本的水俣病、伊拉克的毒种子事件、美国和欧盟由于甲基汞暴露导致智商下降事件以及北极土著居民的海洋饮食汞暴露水平增加，都说明甲基汞对人体健康造成重大损害。因此为了降低全球与汞相关的健康风险，世界100多个国家签署了水俣公约，并于2017年生效。
汞有关的健康风险主要涉及经济活动、环境过程、食物网转移和环境健康威胁过程，构成了生物地球化学汞循环链。先前的研究已经评估了该链条的几个特定组成部分，然而链条的局限性使他们无法确定区域间贸易对汞相关健康风险的影响，并且以往研究从经济活动到人类健康的生物地球化学汞循环的更长链系统研究还没有被表征。据此，研究首次开发了一种更全面的评估方法，不仅可以揭示经济供应链不同阶段（如初级投入、生产和最终消费）和汞运动物理过程下汞相关健康风险的来源和关键过程，有效降低与汞有关健康风险。还可以揭示区域间贸易对汞相关健康风险的重大影响，突出可以合作降低整个系统汞相关健康风险。
中国是世界上最大的汞排放国，每年向大气中排放的汞占全球人为汞排放量的33%。近几十年来，中国人为汞排放量持续增加，导致大量汞通过大气传输和沉积。沉积通过摄入各种含汞食品(如大米、蔬菜、猪肉、家禽和鱼)给暴露人群带来了严重的健康风险。因此，缓解汞相关的健康风险在中国是当务之急，将为全球汞的减少做出重大贡献。然而，中国从经济活动到人类健康的生物地球化学汞循环的更长链还没有被表征。
基于此，为了系统研究中国生物地球化学汞循环，研究开发了中国汞风险源追踪模型(CMSTM)，以在物理和虚拟跨境流动的背景下跟踪生物地球化学汞循环。研究主要内容包括基于甲基汞摄入量清单和甲基汞摄入量与人体健康影响之间的剂量-反应关系，首次绘制了中国与汞相关的健康风险(即胎儿智商降低和致命性心脏病发作)地图。并基于多区域投入产出(MRIO)模型和大气传输模型，研究区分了中国各省人口健康风险的地理来源和部门来源，评估了省际贸易对中国汞健康风险的影响。研究结果可为经济活动供应链不同阶段的政策决策提供支持，以有效降低汞相关的健康风险。
材料与方法
研究开发了一种更全面的评价方法来研究从经济活动到人类健康的生物地球化学汞循环链（CMSTM），跟踪中国人为来源排放汞的生物地球化学循环以及中国与汞相关的健康风险。如下图所示，模型由中国人为源汞排放清单、大气传输模型、大气沉降引起的食物甲基汞变化、人体甲基汞摄入量清单、摄入暴露对人体健康的影响、来自自然来源和外国人为来源的汞排放、以及从国外进口食品7个部分组成。前五个成分出现在中国大陆和沿海海域，用于追踪中国所有30个省和8个地区汞相关健康风险的排放来源。后两个组成部分发生在国外或代表自然来源(例如，大洋逃逸、火山喷发和地壳风化)，作为两个外部组成部分，被量化为持续贡献。
Figure 1 Framework of the China Mercury Risk Source-Tracking Model (CMSTM) in this study. The processes located in orange, blue, green, purple, and blue-purple rectangles occur over mainland China and coastal seas, while the processes located in gray rectangle occur over foreign countries or represent natural processes.
研究结果
（1）中国与汞相关的健康风险
2010年，甲基汞的摄入导致中国胎儿智商下降0.14分，7360人死于致命的心脏病发作。大约60.8%(0.08分)的智商下降和61.8%(4532例死亡)的致命性心脏病发作被归因于中国本土的人为来源。其余与自然过程(例如，海洋逃逸、火山喷发和地壳风化)和外国的人为来源的排放有关。
研究进行了各省市的异质性分析，在智商方面，福建排名第一，胎儿智商下降0.39分，其次是浙江(0.33分)和上海(0.32分)。福建省风险最高的主要原因是其摄食量高(70.8g Capital−1day−1)，且甲基汞浓度较高。在致死性心脏病发作方面，广东居首位，死亡797人，其次是浙江(786人死亡)和四川(749人死亡)。这些省份的高风险归因于大量人口中甲基汞的高摄入量和心脏病发作的高发病率。总体而言，中国智商下降和致命心脏病发作的数量从西北内陆省份向东南沿海省份增加。
Figure 2 Spatial distributions of per-foetus intelligence quotient (IQ) decrements and fatal heart attacks induced by the intake of methylmercury (MeHg) in China.
（2）来源识别与跨省运输
考虑到在经济供应链的不同阶段有效降低汞相关健康风险的政策决策重点，研究区分了代表中国全体人口的主要供应者、直接排放者和最终消费者的可归因性健康风险的地理和部门来源。污染源识别分别从生产、消费和收入的角度考察污染源。如图3a所示，研究认为河南、山东和江苏是健康风险的主要直接贡献者，浙江、上海和北京基于消费的健康风险高于基于生产和基于收入的健康风险，山西、内蒙古和陕西作为主要供应者比作为直接排放者和最终消费者更重要。如图3b所示，就部门来源而言，金属冶炼和压榨、电力和热力的生产和供应以及非金属矿产品部门是国家可归因健康风险的主要直接贡献者，约占80.7%。从消费角度来看，建筑、通用和专用设备以及电气设备和机械行业对产品的最终需求主要是造成国家风险的原因。特别是，对建筑部门产品的最终需求是最大的贡献者，因为快速工业化和城市化需要大量的建筑活动。从收入角度看，煤炭开采和选矿、石油和天然气开采、金属开采和选矿以及批发和零售等部门的主要投入是重要贡献者。如图3c所示，对于每个地理来源，研究从生产、消费和收入角度调查前三大部门，结果表明了不同的分布模式。从生产角度来看，电力和热力的生产和供应部门是大多数地理来源最重要的部门。
Figure 3 Contributions of anthropogenic sources to the national attributable per-foetus intelligence quotient (IQ) decrements (0.08 points) and fatal heart attacks (4532deaths) in China.
基于国家汞相关健康风险的来源识别，我们进一步区分了中国各区域的归因健康风险来源，说明了中国汞相关健康风险通过物理和虚拟汞运输的跨省运输，如图4所示。图4a，d显示了由本地和外部生产活动排放的汞的物理运输造成的区域内可归因性智商下降和致命性心脏病发作的百分比。北部和中部地区等排放国存在较高的跨省健康风险。图4b、c、e、f显示了一个区域内可归因于健康风险的百分比，该区域由本地和外部最终消费(图4b，e)引起的汞排放造成，并由本地和外部初级投入(图4c，f)实现，涉及通过贸易进行的虚拟运输和通过大气运动进行的物理运输。除了实物运输，虚拟贸易运输还可以让健康风险更广泛地散布在全国各地，促进中国汞相关健康风险的跨省运输。例如，在全国范围内，致命心脏病发作的3286例死亡和3064例死亡分别是由外部最终消费和外部初级输入引起的，这些值甚至大于物理汞运输的个体影响(2473例死亡)。此外，研究还进一步探讨了省级范围内汞相关健康风险的流向。总体而言，我国汞相关健康风险的跨省运输从生产、消费和收入角度呈现出不同的空间分布。
Figure 4 Composition of attributable per-foetus intelligence quotient (IQ) decrements and fatal heart attacks in a given Chinese region.
（3）省际贸易影响
研究设置了省际贸易不存在的假设情景，并与省际贸易的存在进行了比较，从消费和收入的角度评估了省际贸易对我国汞相关健康风险的影响。假设贸易伙伴可以生产相同的商品和服务，这些商品和服务最初涉及当地的省际贸易。图5显示了省际贸易对大气汞排放和沉积的影响，以及与汞相关的智商下降和致死性心脏病发作。由最终消费引起的省际贸易有助于排放和沉降从东南沿海流向内陆地区，从而防止东南沿海的汞相关健康风险和内陆地区额外的汞相关健康风险。初级投入促成的省际贸易有助于从北部地区向南部地区排放和沉降，从而防止北部地区与汞有关的健康风险，并在南部地区防止与汞有关的额外健康风险。
Figure 5 Spatial relocation of atmospheric mercury (Hg) emissions and deposition as well as Hg-related intelligence quotient (IQ) decrements and fatal heart attacks over China due to interprovincial trade.
研究总结了所有省份的变化，并评估了全国省际贸易的净影响。结果发现，省际贸易改变了中国大气汞排放的空间分布，但没有改变全国汞排放总量。同样，省际贸易改变了中国大气汞沉降的空间分布，但对全国汞沉降总量的影响可以忽略不计。然而，由最终消费引起的省际贸易使全国避免了0.39×10−2分的胎儿智商下降和194例致死性心脏病死亡。尽管大气汞沉降对全国的影响不太明显，但沉降空间分布的变化导致了不同沉积区域的食品中甲基汞浓度变化和随后的甲基汞摄入量的区域不对称性。海鱼、淡水鱼和大米的摄入含有较高的甲基汞浓度，这主要是中国人口摄入甲基汞的主要原因。
讨论
以前的研究调查了从经济活动到大气汞排放和沉降的生物地球化学汞循环的较短链，说明了中国大气汞排放和沉降的空间重新分配，但显示了省际贸易对整个中国汞污染可忽略净影响。在这项研究中，发现省际贸易不仅改变了中国汞污染的空间分布，而且在很大程度上改变了全国汞相关的健康风险。与以往的研究相比，这一发现可以支持中国政府制定汞相关政策，以实现国家的汞减排目标。
省际贸易在很大程度上改变了中国汞相关健康风险的空间分布，强化了经济供应链不同阶段来源识别和相关政策决策的重要性。这项研究中描述的生物地球化学汞循环的较长链首先提供了中国与汞相关的健康风险地图，并确定了主要供应商、直接排放者和最终消费者的风险来源。本研究可为经济供应链不同阶段(即生产侧、需求侧和供给侧控制)有效降低汞相关健康风险的决策提供科学依据。由于省际贸易导致的汞相关健康风险的空间转移突出了能够协作降低整个系统汞相关健康风险的区域。虽然模型也存在没有考虑水生汞排放和汞排放与暴露风险之间反应的准确滞后时间的影响的不足，但后期数据库和CMSTM可以随着未来更好的统计数据、监测数据和机制的出现而更新和改进。有了这些改进，CMSTM的框架可以应用于在全球快速变化的背景下，在不同空间尺度上也在各种环境介质中流通的其他污染物。
结论
编辑：潘羽杰
排版：吴凯
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