撰文 |  张明辉

责编 | 陈晓雪

 

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室外空气污染导致全球每年450万人过早死亡，研究污染物如何进入和损伤人体将有助于减少疾病和死亡人数。虽然公共卫生专家通过统计学方法已经揭示了空气污染与疾病和死亡的关系，但是很少有科学家研究空气污染和疾病的直接关系。

 

近日，德国马普化学所的科学家Johannes Lelieveld和同事在《自然》杂志（Nature）[1]上呼吁更广泛的跨学科研究以优化排放管制措施。除了医务人员和生物学家的参与，还应该包括流行病学家，毒理学家，健康经济学家和大气化学家。

 

Johannes Lelieveld指出，研究空气污染需要认识到几个问题。

 

首先是来源问题。正如之前大气化学家报道的，在发展中国家最主要的主要来源是居民供暖和生火做饭产生的烟尘、垃圾处理不当和柴油机的使用。比如在尼泊尔，大部分居民仍然使用小炉灶烧木头做饭取暖，燃烧不充分产生的烟尘占整个国家总污染物的70%。在发达国家，主要来源是农业化肥和畜牧业排放的氨气，氨气在大气中经过复杂的多相化学反应形成细颗粒物（PM2.5）。比如在欧洲和美国东部，农业和畜禽养殖业排放的氨气经过化学反应形成细颗粒物占总污染物的40%甚至更多。

 

其次，大气化学反应比较复杂。大多数细颗粒物（PM2.5）和臭氧是二次污染物，由人为源和自然源经过化学反应生成。环境因素也影响污染指数，比如风。第三，污染物之间互相影响。比如，减少氮氧化物的排放可以抑制硫酸盐颗粒的生成。需要注意的是，污染物的排放和健康是一个非线性关系。减少一半的污染物排放并不意味着减少一半的人口死亡。

 

Johannes Lelieveld和同事最后呼吁，大气化学家应该更积极地参与公共健康研究。一方面，他们可以开发一些价格合理的测量污染物的新方法。另一方面，他们应该研究细颗粒物的来源，并研究在大气圈和生物圈的界面上进行的化学反应。

 

为了进一步解释大气污染的不同污染源的问题，《知识分子》专访了文章的通讯作者Johannes Lelieveld博士，以下为对话内容：

 

居民供暖和做饭是室外空气污染的主要来源

 

《知识分子》：根据你的研究，居民供暖和做饭是室外空气污染的主要来源，这解释了全球范围内每年135万人的死亡。这很出乎我们的意料，我们通常认为机动车和工业是主要来源。你能更详细地解释吗？

 

Lelieveld：在南亚国家比如印度和巴基斯坦，居民供暖和做饭是最主要的污染来源，占到了50%。在中国这个比例少一点，中国还有其他污染来源，比如工业，交通和农业。

 

《知识分子》：如果改变居民供暖和做饭方式，污染会降低吗？

 

Lelieveld：当然。不仅仅指供暖和做饭的方式，还包括燃料来源。比如印度大部分采用生物燃料，如果他们采用更清洁的燃料，污染会降低。我们要意识到污染不仅仅来自于城市，还来自于城市之外。如果你看重污染期间的卫星图，你会发现这不是局部性的。农村地区的排放很重要，城市的排放当然也很重要。城市中排放的污染物，与农业上使用的氨肥挥发出氨气混合，最终形成细颗粒物。从气体排放到固体细颗粒物形成需要几天时间。大尺度的混合和输运对于空气污染形成非常重要。所以如果改变农村地区的供暖和做饭方式，不仅仅有利于农村，也有利于城市。

 

《知识分子》：这里说的生物燃料具体指什么？

 

Lelieveld：生物燃料包括木头，牛粪。比如印度广泛使用牛粪作为燃料。这和生物质燃烧不一样，生物质燃烧为了农业比如焚烧秸秆。生物质燃烧在亚洲占很大比例，同时在南美和非洲也占很大比例。

 

《知识分子》：农业造成的大气污染应对全球范围内五分之一的人口死亡负责，污染主要来自于畜牧业和化肥释放的氨气。如果减少氨气的排放，空气污染是否会减弱？

 

Lelieveld：是的。氨气在形成颗粒物方面非常高效。一方面氨气会和硫酸反应；另一方面氨气过量会促进形成硝酸盐，降低氨气会降低硝酸盐。所以，氨气作为空气污染的很好的一个指标，降低氨气能够降低细颗粒物的形成。

 

《知识分子》：2017年有人在Nature报道[2]机动车排放的氮氧化物占到了总量的20%。他们建议机动车执行欧6标准。对此你怎么评价？

 

Lelieveld：这是一个很好的话题。2015年大众柴油发动机尾气排放丑闻出现后，我们发现机动车实际排放的污染物比之前预料的多。如果柴油车和汽油车都执行欧6标准，机动车排放的尾气将对空气污染起到非常小的作用。

 

经济可持续发展，并不一定带来空气污染

 

《知识分子》：我们通常认为经济发展带来空气污染，是否有可能空气污染反作用于经济发展？

 

Lelieveld：对于前半句，某种程度上是对的，但也不全对。比如在中国某些地区，空气污染没有继续增长，但是经济仍然在发展。这表明经济可持续发展，并不一定带来空气污染。经济发展的同时可以采取措施控制空气污染，比如可以给发电厂安装过滤设备。对于后半句，空气污染会反作用于经济发展。我们很难量化，但是我们最近发现，农业方面治理空气污染带来的利益大于投入[3]。所以，降低空气污染不仅仅降低人类的痛苦，还能降低社会经济成本。

 

《知识分子》：你提出跨学科的研究将有助于优化管排措施。能具体谈谈吗？

 

Lelieveld：重要的是管排措施要有效。为了优化管排措施，我们要知道什么种类的细颗粒物是最危险的。这不仅需要化学家，还需要医务人员、生物学家、流行病学家和毒理学家的参与。但是这些学科的人经常独自研究。我认为这些专业的人员和大气化学家的合作非常重要，以研究如何降低最危险的物质的排放。物理化学家发展的方法也可以用来研究污染物如何影响人的呼吸道，比如，细颗粒物如何穿透呼吸道进入肺，如何进入血管。物理化学家或者大气化学家发展的研究方法可以被生物学家采用。合作将会产生很好的产出。

 

《知识分子》：你认为从研究到采取措施有延迟时间吗？

 

Lelieveld：我认为延迟时间主要来源于政治决策和实施。如果你降低排放，你会立刻发现起效。但是，应该问一个问题，什么是最主要的排放因素。如果所有的排放都关闭，将以巨大的经济损失为代价。在不同的国家和地区，主要的排放因素不同。当然，在政治层面，不同的地区需要采取不同的管控措施（作者按：德国的立法权主要集中在联邦，行政权和司法权大部分主要由各州行使，州类似于中国的省）。如果管控措施无效，当地公众的支持会降低。

 

《知识分子》：你是说研究成果可靠，公众的支持会更多？

 

Lelieveld：当然。大多数政治家认为降低空气污染以阻碍经济发展为代价。但是我不同意。这只是一个假定，降低空气污染阻碍经济发展并不是一个定论。政治家立法降低空气污染，他们想看到立法之后的成果。关于哪一种排放因素是最主要的这个问题，如果科学家不能给与正确的建议，那么立法就没有意义。立法如果没有意义，当地政治家将没有动力来执行法律。

 

治理空气污染需要一个整体的策略

 

《知识分子》：你为什么认为化学家可以帮助解决空气污染问题？会有人认为是化学家制造了空气污染，比如化工厂排放的废气。

 

Lelieveld：这是个很好的问题，因为工厂是空气污染的一个因素。我指的是研究方法，比如物理化学家和大气化学家的研究，可以使得管控措施更有效。当然，某些工业排放污染的废气，化学家可以采取措施净化废气。所有，两方面化学家都可以有所贡献。

 

《知识分子》：你认为使用天然气或者电取代生物燃料会更好吗？

 

Lelieveld：我认为最好使用电。包括做饭、开车，最好使用电。使用生物燃料或者天然气做饭，同时会产生室内污染。问题是，你如何产生电？如果使用低质煤来发电，最终对空气治理没有好处。如果在城市里开电动汽车，但是电来源于城市周围低质煤，那么空气污染依然存在。所以，需要一个整体的哲学和策略。比如，使用清洁能源来发电，用电来做饭和驱动汽车。很多国家包括中国已经意识到这个问题，正在采取措施。我认为科学家可以做出贡献，帮助制定更好的策略，研发更新的技术，（使得能源的使用）更清洁、更持续、更实惠。如果清洁不实惠，人们将没有兴趣。关于能源政策需要综合考虑，包括技术层面、政治层面、社会经济层面，科学家可以在其中做出贡献。

 

《知识分子》：降低污染物浓度不仅提升空气质量，而且延缓气候变化？

 

Lelieveld：原则上来说，导致气候变化的排放物也是导致空气污染的因素。所以，降低这方面污染物的排放是一个双赢。这取决于不同的国家。有的国家优先关注气候变化，有的国家优先关注空气污染。但是，气候变化和空气污染的最终排放源基本一致。比如，烧木头同时产生黑炭，黑炭同时导致气候变暖和空气污染。采取措施降低空气污染最终也会延缓气候变化。

 

《知识分子》：对于中国，你能给一些意见吗？

 

Lelieveld：首先，我们要知道哪些措施是最有效的。不同的地区措施不一样。比如东北地区以农业排放为主。珠三角和上海、北京各自有不同的特点。我认为研究不同地区的管控措施很重要。当然，不仅仅局限于地区。比如，城市里的人认为只要把城市里的污染源治理好了，当地城市的空气就会好。但是，其实污染是大范围的。另外，污染物的排放和健康是一个非线性关系。如果污染物的浓度很高，微弱地降低污染物浓度对人类健康将起不到作用。在中国只有大幅度地降低污染物浓度，才能看到人类健康状况有所提升。

 

参考文献：

[1] Lelieveld, Jos. "Chemists can help to solve the air-pollution health crisis." Nature 551.7680 (2017): 291-292.

[2] Anenberg, Susan C., et al. "Impacts and mitigation of excess diesel-related NOx emissions in 11 major vehicle markets." Nature 545.7655 (2017): 467-471.

[3] Pozzer, Andrea, et al. "Impact of agricultural emission reductions on fine-particulate matter and public health." Atmospheric Chemistry and Physics 17.20 (2017): 12813.