人类源挥发性有机化合物（VOCs）排放变化下的全球非致癌健康危害与减排情景评估

《GeoHealth》：Global Health Hazards From Human-Derived Volatile Organic Compounds Amid Emission Variability

　　

尽管已有污染控制策略，高空气污染暴露带来的健康风险仍具挑战性。过去三十年已报道颗粒物（particulate matter）和臭氧（O₃）造成的健康危害。在此，研究人员利用化学-气候模型模拟，报告了导致全球非致癌风险的挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）的危害商（hazard quotient, HQ）。研究人员报告三种情景下的HQ：(a) 基线情景（baseline scenario），(b) 人为VOCs持续增加并导致其翻倍的情景（doubling of anthropogenic VOCs, DVOCS），以及(c) 排放减半的减缓情景（HalfVOCS）。研究人员报告，在高排放情景下，长期环境暴露于VOCs可使非致癌健康风险增加高达36%。苯（benzene）、甲醛（formaldehyde）、氰化氢（hydrogen cyanide）和乙腈（acetonitrile）等危险VOCs仍处于对大量人群构成慢性风险的水平。苯和甲醛构成最大危害，最大HQ范围为1.4至2.0。此外，DVOCS情景使印度北部和中国东部暴露人群的风险增加18.6%–21.5%，使中西非增加10.7%。相反，HalfVOCS情景显示暴露人群减少?3%至?21%。研究人员估计，约一百万人因当前环境VOCs水平面临慢性呼吸和神经风险。研究人员的发现表明，VOCs暴露构成全球疾病负担的主要驱动因素，亟需立即采取国际减排策略。

研究人员针对全球空气污染健康风险背景指出，2021年全球有810万人因空气污染过早死亡，空气污染是仅次于其他主要风险的全球死亡原因，超过吸烟和不良饮食。中国和印度空气污染相关死亡最多，各超过200万，合计约占全球55%。空气污染死亡和污染物排放分布不均，高收入国家死亡率低，而非洲和南亚部分地区较高；南亚、东亚和非洲部分地区因快速经济增长和高能源需求导致排放高，低收入国家受意识有限、预警系统缺失和技术可及性受限影响更严重。过去PM_2.5、PM₁₀、NO_x、CO和O₃等标准污染物的心肺死亡和发病影响已被广泛记录，而VOCs缺乏稳健观测基础设施，限制全球健康影响评估。VOCs来自植物、野火等自然源和车辆、工业、居民燃料等人为源；自然VOCs占全球总量多数，但人为VOCs对健康更有害。慢性非致癌健康效应影响呼吸、神经、血液、免疫和生殖系统，急性暴露与哮喘和慢性阻塞性肺疾病等呼吸疾病住院风险0.86%–1.25%相关。排放趋势显示，欧洲、加拿大和北美因减缓政策下降36.4%–44%，而中国、印度、亚洲其他地区和撒哈拉以南非洲在2000–2019年显著增加。因此，研究人员开展全球尺度、不同人为排放情景下VOCs慢性非癌症危害研究。

研究人员开展三种模拟：当前VOCs浓度基线情景、人为VOCs排放翻倍的DVOCS情景、排放减半的HalfVOCS情景。使用危害商（hazard quotient, HQ）和危害指数（hazard index, HI）评估VOCs健康风险。研究聚焦室外/环境VOCs，因为全球室外VOCs监测稀缺，综合测量主要限于发达地区少数站点。研究结果显示，长期环境VOCs暴露增加非致癌健康风险，高排放情景下最高增加36%；苯和甲醛危害最大，最大HQ为1.4–2.0；约一百万人面临慢性呼吸和神经风险。DVOCS情景下，印度北部、中国东部和中西非暴露风险增加；HalfVOCS情景下暴露人群减少。该研究说明VOCs暴露是全球疾病负担的重要且被低估的驱动因素，支持立即采取国际减排策略。

关键技术方法不超过250字：采用ECHAM6.3-HAM2.3-MOZ1.0化学-气候模型，结合ACCMIP排放清单，以2001–2019年AMIP2月变化海表温度和海冰为下边界；在baseline、DVOCS和HalfVOCS三情景中，对2001–2019年5年间隔的11种危险VOCs（HazVOCs）进行分析。用OMI/MLS卫星HCHO柱验证模型。计算人口加权浓度，人口数据来自NASA SEDAC GPWv4 1°网格；以慢性吸入参考暴露水平（Reference Exposure Level, REL）计算HQ，并按靶器官系统求HI。关注区域为CHN、IND、S.Asia、CA和SAM。

3.1 Global Distribution of Hazardous VOCs（危险VOCs全球分布）：通过模型模拟2001–2019年11种HazVOCs年均排放，得出排放空间异质性显著，高排放集中在人口密集和工业化地区。峰值排放强度超过200 kg m² s^?1 × 10^?12，出现在赤道非洲、东南亚、东亚、印度和南美部分地区；中低排放40–120 kg m² s^?1 × 10^?12出现在北美东部、欧洲和加拿大。年趋势上升区域包括中非0.034 ppb yr^?1、南亚0.160 ppb yr^?1、印度0.142 ppb yr^?1、南美0.038 ppb yr^?1和中国0.013 ppb yr^?1；北美和西欧为负趋势0.001 ppb yr^?1，因此未纳入研究。人口加权总HazVOCs浓度全球均值从2001年8.2 μg m^?3降至2019年7.6 μg m^?3，但东亚、非洲等区域年度趋势增加。最高人口加权浓度超过22 μg m^?3，见于东亚和南亚，尤其是印度次大陆和中国部分地区；中浓度10–18 μg m^?3见于中非、南美和东南亚。CHN、IND、S.Asia、CA和SAM被确定为公共健康关键关注区域。

3.2 Chronic Non-Cancer Risk Assessment（慢性非癌症风险评估）：该节通过慢性非致癌风险指标评估HazVOCs暴露。

3.2.1 Hazard Quotient Spatial Distribution（危害商空间分布）：通过计算氰化氢（HCN）、乙腈（CH₃CN）、甲醛（CH₂O）和苯的HQ，得出区域差异显著。HQ超过1表示暴露浓度超过参考暴露水平，可能产生不良健康效应。二甲苯、甲苯、甲醇、乙醛、四氯化碳和甲基乙基酮等HQ显著低于安全水平≤1。HCN的HQ多在0.2–0.6，中非、东南亚和热带南美接近1.0，但未明显超过1。乙腈在四个化合物中危害风险较大，HQ范围0.4–1，中非和东非HQ>1.0，南亚、东南亚和南美部分地区也受影响；乙腈主要来自生物源，生物质燃烧贡献>90%，化石燃料贡献不足6%，全球预算约0.8 Tg yr^?1。甲醛HQ为0.4–0.8，中非和东南亚最高接近0.8–1.0。苯在南亚和东南亚形成热点，HQ超过1.0，尤其印度次大陆恒河平原和中国东部；中非HQ为0.6–0.8，欧洲、北美和澳大利亚为0.2–0.6。全球相对风险排序为乙腈>苯>甲醛≈氰化氢。由于苯人为源排放约24 Tg yr^?1、生物源4–40 Tg yr^?1，甲醛与约1,070 Tg yr^?1全球NMVOC源相关，苯和甲醛大气丰度更高、来源更广，因此研究人员重点分析二者。

3.2.2 Regional Variability in Benzene and Formaldehyde Hazard Quotient（苯和甲醛危害商的区域变异）：通过比较情景下苯和甲醛HQ，得出DVOCS情景较基线使HQ增加1.5–2倍。中国和印度中位HQ接近或超过1，约为1.2–1.9，对应增加21.5%–33%，提示由低向中度非癌症健康关注转变。南亚、中非和南美平均HQ增加较低，分别为11%、15%和7.6%，但DVOCS上四分位数仍显示局地高风险热点。基线情景多数区域平均HQ低于1，约为0.25–0.8。印度和中国在DVOCS下HQ增加分别为18.4±7.9%和21.6±11.7%。HalfVOCS情景下，HQ相对基线减少36%–48%，平均减少43%；中国、印度和中非中位HQ约为0.1–0.2，说明VOCs减缓策略可显著降低苯和甲醛相关非癌症健康风险。

3.3 Population Exposure to Hazardous VOCs（人群暴露于危险VOCs）：通过计算DVOCS和HalfVOCS情景下人群暴露百分比变化，得出DVOCS下所有区域暴露增加。中国增加21.6±11.7%（95% CI [14.3–29]），印度增加18.4±7.9%（95% CI [13.5–23.3]），南亚增加10±5.7%，中非和南美分别增加8%和6%。统计检验显示，印度p=0.0002、中国p=0.00016、南亚p=0.02，中非p=0.03、南美p=0.05。HalfVOCS下暴露人群一致减少，中国平均减少12±6.4%（95% CI [7.7–15.6]），印度平均减少10.4±5.2%（95% CI [6.8–13.7]），南亚减少6.2%，中非减少5.5%，南美减少4.2%；印度p=0.011、中国p=0.0001、中非p=0.02、南亚p=0.03。结果表明较高HazVOCs浓度与暴露显著增加相关。

3.4 Hazard Index（危害指数）：通过计算基线情景下呼吸道和神经系统HI，得出两系统呈现大尺度一致空间格局，高HI主要在非洲大部、南亚、东亚和澳大利亚西北部，表明非致癌健康影响潜力增加；高纬度和偏远低排放区HI较低。呼吸和神经系统HI>1表示对这些器官有重大但未定义的损害；内分泌系统HI=0.4、生殖系统HI=0.02，表明无潜在损害。结果强调区域间器官特异性健康风险差异显著，需在高累计VOCs负担区域实施针对性排放控制。

讨论与结论部分：研究人员报告HazVOCs对HQ和HI风险表征参数的影响，基于化学-气候模型三情景。基线情景揭示显著且地理异质的非致癌健康风险，需要区域特定减缓策略。分析显示乙腈、苯、甲醛和氰化氢超过安全HQ阈值，主要在南亚和东南亚，关键热点包括中国东部、印度北部和中非。DVOCS情景下中国东部和印度恒河平原HQ增加21%–33%，人口暴露分别增加21.6±11.7%和18.0±7.9%，高于其他区域5.6%–9.7%。HalfVOCS使东亚和南亚人口暴露减少约11%，其他脆弱区域减少约5.3%，热点平均减少9.4±2.8%。最脆弱呼吸道和神经系统出现HI>1，非洲大部、南亚、东亚和澳大利亚西北部HI较高。该二分性要求对快速增长的东亚经济体实施工业排放控制，对生物源主导区域实施土地利用和生物质燃烧管理。研究结果为当前标准宽松地区加强VOC法规提供证据，并支持将VOCs纳入常规空气质量监测和治理框架。通过展示VOC减缓的健康收益，该研究支持更有针对性的监管行动，以在区域和全球尺度减少暴露并保护人群健康。