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数据库从质量到毒性：重新定义全球PM2.5治理优先级 | NSR论文
近日，清华大学王书肖团队在全球细颗粒物（PM2.5）排放的毒性差异及其污染控制领域取得重要进展，相关成果以“Toxicity-Informed Control of Global PM2.5 Emissions”为题，发表在National Science Review（《国家科学评论》，NSR）。
传统控制政策忽视了不同源排放颗粒物的毒性差异
PM2.5是全球首要环境健康风险，近年来各国通过质量浓度管控有效降低了污染物总量排放，但其相关健康负担仍居高不下。核心瓶颈在于：现行的空气污染控制策略往往假设“单位质量的不同来源PM2.5毒性相同”。然而，由于生成机制不同，不同源PM2.5排放的化学组成和毒性存在极大差异。此前研究多聚焦单一区域或排放源类，全球尺度上源排放的毒性差异及其驱动机制尚不明确，难以支撑健康导向的大气污染调控。
全球PM2.5毒性清单揭示排放质量与毒性的空间错位
研究团队之前的研究（Nature 643, 404–411, 2025）基于人肺上皮细胞（A549）的两项关键毒性终点——氧化应激（OS）和细胞毒性（CT），系统量化了主要人为源PM2.5的相对毒性强度。结果显示，不同源的PM2.5毒性差异可达数倍至数十倍，其中民用固体燃料燃烧（尤其是生物质）的单位质量毒性最高，而电力和水泥工业的毒性相对较低。在此基础上，通过将毒性谱与全球清单融合，研究团队绘制了2015年全球毒性调整后的PM2.5排放分布（图1）。研究发现，PM2.5的“质量热点”与“毒性热点”存在显著错位。例如，中国和印度虽然是全球PM2.5质量排放总量最高的地区，但由于其电力和工业源占比较大，其单位质量毒性反而低于全球平均水平；相反，撒哈拉以南的非洲等地区由于极度依赖传统民用生物质燃料，其PM2.5的毒性处于最高水平。研究首次系统揭示了全球PM2.5排放的毒性差异及关键毒性来源，为健康导向的大气污染调控奠定了基础。
毒性视角下的全球能源与环境的不公平性
研究进一步量化了全球能源使用、PM2.5质量排放与毒性排放之间的社会经济梯度，揭示了PM2.5毒性排放背后深刻的环境不平等。结果表明，人均GDP与PM2.5的毒性呈现显著的负相关关系（图2），从低收入到高收入国家，人均能源消费增加约十倍，人均毒性排放却反而显著下降。全球最贫困的20%人口只用掉了5.5%的能源，却要承受约40%的毒性调整PM2.5排放；最富裕的20%人口消耗了近一半的全球能源，毒性排放却只占约10%。低收入国家因缺乏清洁能源和先进污染控制技术，陷入了“低能耗、高毒性排放”的双重困境，面临着极高的健康风险。
以健康为导向重新定义治理优先级
研究表明，考虑PM2.5毒性差异后，各国空气治理的优先方向将发生显著变化。研究强调全球空气治理不能再仅依赖统一的质量减排目标，而需制定“健康导向”的本地化方案：低收入和中等收入国家应加速推进民用燃烧源的清洁化替代；而高收入国家则应深化对交通运输等高毒性特征源类的精准管控。这种差异化策略有望帮助各国以更低的经济成本获得更大的公众健康效益。
亮点
该研究在全球尺度上构建了PM2.5毒性排放清单，首次在全球尺度上识别出各国应优先控制的高健康风险排放源，为地区差异化的精准调控提供了科学依据。研究发现，PM2.5的质量与毒性热点存在显著的空间错位，民用固体燃料燃烧尤其是传统生物质燃烧，是全球重要的高毒性来源。研究结果进一步揭示了显著的全球环境不公平：低收入国家虽然能源消费较低，却承担了更高的PM2.5毒性负担。研究进一步提出未来空气污染治理需要建立毒性导向的控制框架，将健康收益、公平性与能源转型协同考虑，为各国制定更具健康效益的控污策略提供了科学依据。
南京大学郑昊天助理教授为论文第一作者，清华大学王书肖教授为通讯作者。合作者包括香港理工大学李向东教授和金灵助理教授，清华大学郝吉明院士、贺克斌院士、蒋靖坤教授、吴清茹副研究员、博士生黄律引，复旦大学李庆教授、吴菂副研究员，南京大学博士生赵冬旭，华南理工大学董赵鑫副教授，中国科学院城市环境研究所贺泓院士，中国科学院生态环境研究中心刘倩研究员，中国科学院化学研究所赵进才院士，国际应用系统分析所（IIASA）兹比格纽·克利门特（Zbigniew Klimont）博士，美国健康效应研究所亚伦·科恩（Aaron Cohen）博士，加拿大麦吉尔大学斯科特·韦辰塔尔（Scott Weichenthal）教授。
该研究得到了国家自然科学基金（22188102）、国家重点研发计划（2022YFC3702905）、香港研究资助局（T24-508/22-N）等项目的支持。
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