
大气细颗粒物(PM2.5)仍是全球范围内导致过早死亡的首要环境风险因子。长期以来,空气污染治理主要围绕降低质量浓度展开,但越来越多的证据表明,并非所有PM2.5都同样有害。单位质量PM2.5的毒性差异,重塑了对治理优先级的认知。低收入人群和地区往往承受着更高毒性的PM2.5暴露,这使空气污染问题不仅是单纯的环境议题,更是全球健康公平的核心挑战。
近期,我系大气环境健康团队系统整合了毒理学评估、流行病学数据和化学传输模拟等多学科方法,从全球视角揭示了PM2.5毒性差异的来源驱动机制及其导致的健康不平等格局。研究成果以Perspective的形式发表于环境领域著名期刊Environmental Science & Technology,标题为“Shifting PM2.5 Control from Mass to Toxicity for Health Equity Worldwide”。
PM2.5来源复杂,不同来源的单位质量毒性可相差一个数量级。研究表明,不完全燃烧源(包括民用固体燃料燃烧、野火以及船舶重油燃烧)由于燃烧效率明显低于工业燃烧过程,其排放PM2.5富含更高比例的高毒性有机组分,因此表现出最强的细胞氧化应激效力。与此同时,这些排放在大气中形成的二次有机气溶胶(SOA)同样具有突出的氧化潜势,其毒性可达其他人为源和生物源SOA的1.8–6.4倍。这意味着,大气二次转化可能进一步放大传统工业源与不完全燃烧源之间的毒性差距。
更关键的是,PM2.5的质量浓度高低,并不等同于暴露风险强弱。全球范围内,PM2.5质量浓度与毒性呈现明显的空间错位。以沙尘为主导的中东和北非地区,虽然PM2.5质量浓度较高,但经毒性调整后的暴露水平却低于全球平均。相反,在撒哈拉以南非洲中部、北美以及安第斯拉丁美洲等野火影响显著地区,尽管PM2.5质量浓度并非全球最高,但由于单位质量毒性更强,其毒性调整暴露反而提高。这表明如果仍仅以质量浓度衡量风险,将可能系统性低估不完全燃烧源主导地区的真实健康危害。
毒性调整后的暴露分布进一步揭示了全球健康不平等。低收入国家人口仅相当于高收入国家的47.4%,却承受了超过其3倍的累积毒性调整暴露,人均水平更达到高收入国家的6.7倍。即使在同一国家内部,低收入农村地区的单位质量PM2.5毒性也往往高于城市地区。这些差异并非偶然,而是长期能源结构失衡、治理资源不足和环境不公正历史共同作用的结果。空气污染所制造和加剧的,并不只是疾病负担,更是被长期忽视的全球健康不平等。

图1 全球毒性调整后的PM2.5暴露与典型国家的来源贡献 (a); 全球主要区域的暴露来源贡献 (b); 不同收入国家间的对比 (c)
研究指出,未来PM2.5治理需要立足不同区域的主导来源、毒性特征、经济水平与暴露风险,以制定差异化优先控制策略。对于南亚和撒哈拉以南非洲等中低收入地区,不完全燃烧源主导PM2.5排放,优先控制这些高毒性来源,不仅能够降低PM2.5质量浓度,更能显著削减毒性。在这些地区,空气污染死亡负担与贫困问题相互交织,国际社会亟需在监测能力建设、清洁能源替代和减排技术部署方面加大投入。与此同时,未来还需通过高质量队列研究,进一步量化易感人群与一般人群在毒性暴露—健康结局关系上的差异。
要真正实现“减毒”的突破,还需要一系列前沿创新:包括构建实时毒性监测与预警体系,精准量化SOA毒性,发展AI赋能的多终点综合毒性指数,并推动毒性信息进入空气质量评价和政策决策框架。此外,这一转型也要求重塑全球环境健康合作格局,持续支持中低收入国家的能力建设,推动环境健康研究与治理的“去殖民化”。将PM2.5毒性纳入空气污染治理的关键考量,有望提升空气质量改善的健康效益,并促进其在不同人群和地区间更公平地分配。

图2 基于PM2.5质量浓度与单位质量毒性的中位数,对各国进行分类 (a);针对不同区域特征的差异化管控策略 (b);毒性管控框架的未来研究方向 (c)
本研究通过多学科交叉手段,系统揭示了单位质量PM2.5的毒性在不同来源之间和区域之间的不均衡性,以及由此导致的全球毒性调整暴露差异。该研究既是对一次源PM2.5毒性认知的全面总结,也是对现有空气污染治理逻辑的进一步推进。以质量为基础的治理范式奠定了空气管理的核心框架,但若忽视毒性差异,则难以精准识别高风险来源,也难以回应全球范围内突出的环境健康不平等问题。本研究提出的毒性导向管控展望,将为实现更高水平的健康保护和全球公平打开新的可能。

图3 未来精准毒性管控有助于实现全球健康公平的示意图
论文第一作者为直博生宋曦雯,通讯作者为李庆(教授),合作者包括我系吴菂(助理教授)、陈秀、刘昱喆、李泱,以及公共卫生学院阚海东(教授)。本研究工作得到国家自然科学基金委员会基金项目(U22A20405 T2525006 和 22406026)的支持。
大气环境健康团队近期相关工作的拓展阅读:
中国PM2.5毒性排放清单https://doi.org/10.1038/s41586-025-09158-w
区域PM2.5毒性来源解析 https://doi.org/10.1021/acs.est.5c14809
PM2.5毒性演化理论框架 https://doi.org/10.1021/acs.est.5c00751