PM2.5浓度越低，空气就一定越利于健康吗？中国足彩在线与清华的最新合作研究成果打破了这一传统观念。
北京时间7月9日晚，该合作团队以“中国细颗粒物排放的毒性控制”（Control of toxicity of fine particulate matter emissions in China）为题发表于Nature（《自然》）杂志。
团队采用跨学科研究方法，阐明人为源排放PM2.5毒性效应及其成因，建立首份大气PM2.5排放毒性清单，绘制毒性来源时空分布及演变图谱，推动PM2.5污染治理思路从“质量浓度控制”变为“毒性风险控制”，为大气污染精准防控提供新策略。
PM2.5污染治理，不能只看“量”，还要看“毒”
不同于粗颗粒物，大气细颗粒物（PM2.5）的粒径小于等于2.5微米，在大气中停留时间长、输送距离远，同时可深入到细支气管和肺泡，甚至转运到人体不同的靶器官，对健康产生危害。因此，人们习惯以PM2.5的浓度高低来评判空气质量，各国相关政策也都以降低PM2.5的质量浓度为核心目标。
但这次，合作团队的研究发现，同样重量的PM2.5，其有害程度竟可以相差几十甚至上百倍，之所以出现这样的差异，关键就在于颗粒物的来源和化学组成。实际上，如果单纯追求“低浓度”而忽视颗粒物毒性差异，可能会导致防控成本高昂却收效有限。
如何才能更有效地开展空气污染治理？从2017年开始，该合作团队将目光瞄准空气污染中的高毒性源。
研究团队在全国各地对各类重点排放源烟气进行测量
“治理污染的最终目标是为了人群健康保护。”基于“以人为本”的科研思路，中国足彩在线大学大气环境健康团队进行了长达八年多的系统研究，在全国21个省份采集了368个典型排放源的PM2.5样本，系统性地建立起排放源PM2.5样品库，涵盖了电力、钢铁、水泥、工业锅炉等工业源，农村居民煤炉、灶台等民用源，以及各类道路交通和船舶等移动源，近年来取得了一系列研究成果。
2022年，该合作团队以“基于毒性效应调控的大气污染控制：固体燃料燃烧”（Toxic potency-adjusted control of air pollution for solid fuel combustion）为题，发表成果于Nature Energy。研究表明，燃烧方式决定了排放烟气的毒性效应。比如，同样是烧煤，家庭小炉具燃烧排放的PM2.5毒性贡献是火力发电的248倍。（链接：https://www.nature.com/articles/s41560-021-00951-1）
2023年，该合作团队以“基于工业源气溶胶毒性效应实现以健康为导向的大气污染控制”（Achieving health-oriented air pollution control requires integrating unequal toxicities of industrial particles）为题，发表成果于Nature Communications。他们进一步研究了各类工业源烟气毒性的控制技术和经济成本，发现钢铁行业等效PM2.5毒性控制的成本约为火力发电的1/7。（链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42089-6）
率先提出PM2.5排放毒性清单与控制方案，推动空气精准治理
在此前研究基础上，本次研究将范围进一步扩展，实现了民用、工业、交通等各行业的全覆盖，阐明了人为源排放PM2.5毒性效应及其成因，建立了首个大气PM2.5排放毒性清单，量化出我国PM2.5毒性的来源与贡献，揭示健康风险的时空分布及演变特征。
“相当于像给污染物的‘杀伤力’标上具体数值。”团队认为，跨学科的方法让不同来源的PM2.5毒性有了可比性。
研究发现，在所有排放源中，民用固体燃料燃烧排放的PM2.5毒性最高，其次是船舶、冶金工业、刹车片磨损、柴油车、汽油车、水泥厂和电厂。“人们可能认为燃煤电厂的污染很大，但实际上这是我国毒性较低的一类大气排放源。”团队负责人介绍。
不同来源PM2.5毒性效应差异可高达数十倍，毒性差异主要由PM2.5中关键毒性组分（如多环芳烃和毒性金属）决定，而这又取决于原材料、燃料和工艺、污染控制技术等因素。
图1：主要人为源排放PM2.5的活性氧水平（ROS，归一化到火力发电行业）
图2：2021年我国源排放PM2.5毒性系数(a)、人群毒性暴露风险(b)和区域大气排放源PM2.5质量浓度与健康效应贡献(c)
通过三张图，研究团队揭示了全国 PM2.5毒性分布的鲜明特征。从毒性系数来看，胡焕庸线西北侧的经济欠发达地区数值更高，表明经济欠发达区域空气毒性系数更大。这一看似不合常理的结论，原因在于欠发达地区生物质和民用煤的不完全燃烧，排出的PM2.5毒性强。
“如果我们把毒性系数与颗粒物质量浓度结合，可以量化出人群的整体暴露风险。”团队介绍，位于胡焕庸线以东区域，工业密集、人口集中，PM2.5毒性与浓度的叠加效应显著，成为健康风险最高的地区。
具体到不同城市，毒性来源也存在明显差异。例如，北京2021年的PM2.5毒性主要来源是民用煤，上海则为钢铁和船舶。通过明确不同污染源的毒性差异及区域特征，这项研究能为政府部门精准管控高毒性源提供科学参考，因地制宜开展工作，让环境治理直接以“减少人群健康风险”为导向来展开。
厘清大气PM2.5对于人体健康的影响，离不开物理、化学、生命、地学、医学等多学科理论与方法的交叉融合。从PM2.5毒性组分的源头形成机制、毒性组分的化学指纹识别、各类排放源毒性效应的量化，到进一步与大气排放清单和大气传输模型相结合，该研究团队建立了基于毒性调控的人群暴露水平评价机制，评估出我国每个地理单元中PM2.5综合人群暴露水平。该工作突破了基于PM2.5质量浓度的传统防治体系，形成了以“降低人群健康风险”为导向的精准防治策略。
在以上研究过程中，中国足彩在线研究团队针对大气环境健康的前沿挑战，开发出了基于人源呼吸道3D类器官技术的毒理模型，研究PM2.5诱发特定疾病的损伤机制与风险来源。此外，针对工业超低排放后的烟气监测难题，该团队在国际上率先开发出烟气可凝结颗粒物在线监测技术，获得多项国内外专利授权，相关装备已在多家企业实现应用。
论文共同第一作者为南京大学助理教授郑昊天和中国足彩在线大学副研究员吴菂，通讯作者为清华大学教授王书肖和中国足彩在线大学环境科学与工程系教授李庆。论文合作者包括中国足彩在线大学教授陈建民和阚海东、博士生陈秀和刘昱喆，清华大学教授郝吉明和贺克斌院士、教授蒋靖坤、副教授赵斌和纪思翰、副研究员吴清茹、博士后董赵鑫、博士生李胜悦和孙奕生，香港理工大学教授李向东和助理教授金灵，中国科学院生态中心研究员贺泓院士和刘倩，中国科学院化学所赵进才院士和研究员陈春城，美国健康效应研究所Aaron Cohen博士，北京师范大学教授田贺忠，麦吉尔大学教授Scott Weichenthal。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09158-w
