成都市大氣污染所致青少年健康風(fēng)險及預(yù)測分析

夏依章 李 燃 張 艷 陳 煜

1.成都醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，四川成都 610500；2.成都醫(yī)學(xué)院大健康與智能工程學(xué)院，四川成都 610500

隨著城市化、工業(yè)化的進程加快，能源消耗的持續(xù)增加，空氣污染及其對人體健康的影響逐漸成為全球面臨的重大環(huán)境和公共衛(wèi)生問題。經(jīng)濟的高速發(fā)展在迅速提升人民生活水平的同時也帶來了高溫、寒潮、霧霾等極端氣候現(xiàn)象，由此所帶來的人群健康問題也越來越受到重視[1-5]。以往研究更多地關(guān)注了重污染區(qū)域如京津冀[6-8]、珠三角[9]等地區(qū)成年人群和兒童，對其他城市弱勢群體尤其是青少年的研究尚不多見。青少年正處于生長發(fā)育期，其呼吸道和免疫系統(tǒng)還不夠成熟，新陳代謝更快，其呼吸系統(tǒng)對大氣污染具有更高的敏感度[10-13]。因此，定期開展大氣污染健康風(fēng)險評價并評估大氣污染物對青少年健康的危害程度十分必要[14]。本文通過對比分析西北六省省會城市主要大氣污染物排放特征，采用美國環(huán)保局推薦的健康風(fēng)險評價模型對成都市大氣中大氣污染物所致青少年健康風(fēng)險進行評估，利用灰色GM（1，1）模型對成都市2021—2025 年大氣污染物所致青少年健康風(fēng)險進行預(yù)測，其結(jié)果可以為決策者在制訂環(huán)保政策提供信息支持和政策依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3的質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)均來自全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺，此平臺數(shù)據(jù)源于國家環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測點。

1.2 計算方法

采用美國環(huán)境保護署（U.S Environmental Protection Agency，EPA）的非致癌效應(yīng)污染物健康風(fēng)險評估模型，主要針對成都市大氣污染物（PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3）所致青少年的健康風(fēng)險進行評價；采用MATLAB2020 統(tǒng)計軟件中的GM（1，1）模型對成都市2021—2025 年大氣污染物所致青少年健康風(fēng)險進行預(yù)測。

1.2.1 暴露劑量計算PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3主要經(jīng)呼吸途徑暴露[15]，且不同年齡和性別人群的日均攝入量不同，因此用公式（1）[16]來計算SO2、NO2、CO和O3經(jīng)呼吸途徑的暴露劑量：

式中：AED 為非致癌物經(jīng)呼吸道的日均暴露劑量[mg/（kg·d）]；C 為環(huán)境中該污染物的質(zhì)量濃度（mg/m3）；BS 為呼吸速率（m3/d）；ED 為暴露持續(xù)時間（d）；HQ 為人體質(zhì)量（kg）；MT 為平均暴露時間（d）。其中BS 和HQ等參數(shù)，參考《中國人群暴露參數(shù)手冊》[17]，6～17 歲男、女BS 和HQ 分別為11.78、11.36 m3/d 和39、37 kg。

1.2.2 非致癌物（PM2.5、PM10）的健康風(fēng)險評價模型 PM2.5、PM10的健康風(fēng)險計算公式如（2）[18]：

式中：Ra 表示PM2.5和PM10產(chǎn)生的健康風(fēng)險；C 為PM2.5和PM10終生日均暴露劑量（μg/m3）；RfC 為PM2.5和PM10的參考濃度（μg/m3），其分別為25 μg/m3和50 μg/m3。

1.2.3 非致癌物（SO2、NO2、CO 和O3）的健康風(fēng)險評價模型 SO2、NO2、CO 和O3的健康風(fēng)險計算公式如（3）[19]：

式中：R 為非致癌性污染物經(jīng)呼吸途徑所引起的健康風(fēng)險；10-6為可接受危險度水平；RfD 為參考劑量[mg/（kg·d）]，其中，SO2和NO2的RfD 值分別為0.023、0.029 mg/（kg·d），CO 和O3的RfD 值尚未公布，因此采用WHO 發(fā)布的空氣質(zhì)量準(zhǔn)則中相關(guān)濃度限值并結(jié)合相關(guān)人群的暴露參數(shù)計算得到CO 和O3的RfD值；81 為人均壽命（年）。

1.2.4 評價標(biāo)準(zhǔn) 采用瑞典環(huán)境保護局、荷蘭建設(shè)和環(huán)境部推薦的最大可接受水平1×10-6/a[20]，作為污染物健康風(fēng)險評判的依據(jù)。

2 結(jié)果

2.1 大氣污染特征

6 個城市中，西安市PM2.5和PM10年均濃度最高（51.06、90.88 μg/m3），蘭州市PM2.5最低（35.39 μg/m3），成都市PM10最低（63.95 μg/m3）；西寧市SO2年均濃度最高（15.37 μg/m3），成都市最低（5.95 μg/m3）；蘭州市NO2年均濃度最高（47.13 μg/m3），銀川市最低（35.45μg/m3）；蘭州市CO 年均濃度最高（975.41 μg/m3），成都市最低（715.42 μg/m3）；西寧O3年均濃度最高（91.89 μg/m3），蘭州最低（75.36 μg/m3）。見圖1。

圖1 2020 年成都市與西北五省省會城市6 種大氣污染物濃度特征

2.2 大氣污染物健康風(fēng)險評價

2020 年成都市大氣中SO2和NO2所致青少年月均健康風(fēng)險在0.81×10-9～1.32×10-8及2.70×10-9～1.11×10-8之間，CO 和O3健康風(fēng)險在0.55×10-8～0.94×10-7及0.47×10-8～0.28×10-7之間，均低于瑞典環(huán)境保護局、荷蘭建設(shè)和環(huán)境部推薦的最大可接受水平為1×10-6。SO2所致青少年健康風(fēng)險全年波動不明顯；NO2的健康風(fēng)險在11 月最高，2 月最低；CO 的健康風(fēng)險1 月最高，10 月最低；O3的健康風(fēng)險5 月最高，1 月最低。其中，SO2的健康風(fēng)險性別影響沒有明顯差異，CO、NO2和O3對女性的影響均大于男性。見圖2。PM2.5和PM10所致青少年月均健康風(fēng)險分別在8.80×10-7～2.76×10-6及7.60×10-7～1.82×10-6之間，最大值均在1 月，最小值均在7 月。見圖3。

圖2 2020 年成都市SO2、NO2、CO、O3 逐月健康風(fēng)險

圖3 2020 年成都市PM2.5、PM10 逐月健康風(fēng)險

2.3 GM（1，1）模型預(yù)測結(jié)果

調(diào)用MATLAB 程序，分別對成都市大氣中PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 和O3建立GM（1，1）模型，得到6 種污染物所致青少年健康風(fēng)險預(yù)測模型見表1。

表1 成都市大氣中各污染物灰色模型

模型結(jié)果顯示，成都市2015—2020 年各污染物所致青少年健康風(fēng)險預(yù)測值與實際值的相對誤差較小，可以用來預(yù)測未來5 年成都市大氣污染物所致青少年的健康風(fēng)險值。經(jīng)預(yù)測，2021—2025 年成都市大氣 中PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3所致青少年的健康風(fēng)險均呈下降趨勢，2025 年比2021 年分別下降了34.4%、40.1%、60.7%、78.0%、61.8%和11.6%，其中NO2所致青少年的健康風(fēng)險下降最大，而顆粒物和O3降幅較小。見表2。

表2 成都市2021—2025 年污染物所致青少年健康風(fēng)險預(yù)測值（10-7/a）

3 討論

研究結(jié)果顯示，成都市大氣污染狀況整體較西北六省首府城市良好，主要污染物仍為PM2.5，其冬季最高達189 μg/m3，高于蘭州、銀川等地。從超標(biāo)情況來看，成都、西安、西寧、蘭州、銀川和烏魯木齊PM2.5分別超標(biāo)1.10、1.46、1.03、1.01、1.05 和1.37 倍。O3污染位列西北六省會城市首位，尤其春夏季100 μg/m3以上區(qū)間值占50%以上，全年O3超標(biāo)天數(shù)高達101 d；成都市NO2排放與烏魯木齊、西寧等城市比較，也呈現(xiàn)出較高水平。

前期研究成果已經(jīng)表明，長期吸入顆粒物和O3可導(dǎo)致哮喘、支氣管炎和慢性阻塞性肺疾病等呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率和死亡率升高，尤其對青少年的影響遠(yuǎn)大于成年人[21-23]。本研究進一步分析污染物所致青少年的健康風(fēng)險，結(jié)果顯示，PM2.5和PM10所致青少年健康風(fēng)險全年呈“U”形變動，除夏季外，均高于最大可接受水平1×10-6，最大值分別達到2.76×10-6、1.82×10-6。其中PM2.5所致青少年健康風(fēng)險高于PM10，與張永江等[24]的研究結(jié)果一致；O3的健康風(fēng)險全年波動呈倒“U”形，有明顯的季節(jié)性差異，最大值位于春夏季節(jié)，且對女生的影響略高于男生，主要原因是6～17 歲女生呼吸速率小、體重輕，致使其暴露系數(shù)值高，因而健康風(fēng)險差異較為明顯。O3嚴(yán)重污染可能是由于春夏季節(jié)氣溫高、氣壓高等因素影響，逆溫層持久不散，使得污染物不易擴散，說明成都市需要加強顆粒物和O3的協(xié)同治理，以降低各種青少年呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生。此外預(yù)測結(jié)果顯示，按現(xiàn)有數(shù)據(jù)，2021—2025 年成都市大氣主要污染物所致青少年健康風(fēng)險將逐年下降，但相較NO2和PM10，PM2.5和O3所致青少年的健康風(fēng)險降幅較小，僅從2021 年13.93×10-7降至2025 年的9.15×10-7，O3降幅僅為11.6%。這也進一步提示，O3和顆粒物的治理十分重要，建議有關(guān)部門從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和城市布局等方面入手，通過減少汽車和工業(yè)廢氣的排放，使用清潔能源、環(huán)保產(chǎn)品等進一步保障青少年健康水平。

綜上所述，從20 世紀(jì)80 年代起成都市開始大氣污染治理，對改善成都市大氣質(zhì)量起到了很大作用，但受地形、氣候及工業(yè)化發(fā)展速度等條件影響，部分大氣污染物的排放量依然高居不下。尤其2020 年以后機動車保有量超過500 萬，產(chǎn)生的氫氧化物不斷增加使得NO2、O3等污染物排放量顯著增長。成都的大氣污染防治成果有目共睹，但以PM2.5、PM10和O3為代表的區(qū)域復(fù)合型污染仍然比較明顯，應(yīng)進一步關(guān)注大氣污染物對青少年造成的危害。同時，建議盡量使用清潔能源及加快重工業(yè)的改造和升級，倡導(dǎo)青少年在霧霾天氣盡量減少室外活動，采取一些防護措施，如佩戴口罩；在青少年集中的學(xué)校、小區(qū)等公共場所使用空氣凈化裝置等[25-26]。

此外，本研究仍存在以下不足：未考慮污染物之間混合效應(yīng)及細(xì)顆粒物中負(fù)載的其他有毒有害物質(zhì)（如多環(huán)芳烴、重金屬等）所致青少年的健康風(fēng)險，一定程度上可能會影響評估結(jié)果的準(zhǔn)確性；預(yù)測模型中，樣本較小，未能更準(zhǔn)確地預(yù)測污染物所致人群的健康風(fēng)險。