2021年哈萨克斯坦环境法典改革后的空气质量与排放趋势：区域与工业部门异质性分析

《Atmosphere》：Air Quality and Emission Trends Following the 2021 Environmental Code Reform in Kazakhstan Across Regions and Industrial Sectors

　　

2021年修订版《哈萨克斯坦共和国环境法典》旨在与世界卫生组织（WHO）空气质量指南及国家2060年碳中和战略保持一致。该修订版法典体现了环境治理的转型，包括向低碳和气候导向型政策框架过渡、收紧空气质量标准、加强环境监测、扩展区域特定监管机制，以及更加重视最佳可行技术（BAT）的实施。本研究对包括PM2.5、SO2、CO、NO2等主要污染物在内的各区域及工业部门的大气污染物排放进行了比较分析。分析考虑了环境空气质量指标、污染物组成、大气降水化学组成、区域工业概况以及改革期间观察到的变化。研究结果表明，空气质量动态呈现出显著的区域性和污染物特异性异质性。尽管2021年至2024年间固定源排放量减少了约5–6%，但在2021至2025年期间，评估的环境空气指标并未发现统计学上的显著改善。多个城市仍持续存在高污染水平及偶发性颗粒物超标现象。这些发现为进一步评估修订后《环境法典》的环境成效提供了实证基础。

研究背景与科学问题

空气污染，特别是由颗粒物（PM_x）及其相关有毒元素引起的污染，是全球主要的環境挑战之一。在哈萨克斯坦，如同许多工业化国家一样，大气气溶胶中持续检测到高浓度的重金属，这既反映了沉重的工业负担，也显示了环境法规有效性的局限。细颗粒物（PM_2.5和PM₁₀）对人类健康构成最大风险，与心血管、呼吸系统和肿瘤疾病的发病率增加有关。根据IQAir数据，哈萨克斯坦在2025年全球空气污染排名中位列第29位，年均PM_2.5浓度为23.4 μg/m³，超过世界卫生组织（WHO）指导值约三到五倍。最严重的污染水平记录在卡拉干达（72.6 μg/m³）和铁米尔套（38.3 μg/m³）等主要工业中心。持续的高水平大气污染及其显著的地区差异，促使哈萨克斯坦在2021年通过了修订版的《环境法典》。该法典引入了最佳可行技术（BAT）原则，设定了更严格的环境空气质量标准，扩展了区域特定的监管方法，并推广了基于风险的排放管理。然而，在该法典实施期间，环境空气质量的变化尚未得到全面描述。因此，本研究的目的是评估在修订版《环境法典》实施前后，哈萨克斯坦环境空气质量和大气排放的变化，特别关注区域、工业和污染物特异性的模式。

研究方法与技术

本研究设计为一项纵向、多源观测性分析，重点考察时间与空间模式而非因果归因。观测期分为三个阶段：2017–2020年（改革前基线期）、2021年（过渡与实施年）和2022–2025年（改革后观测期）。主要数据来源于哈萨克斯坦国家水文气象局（Kazhydromet）发布的年度环境监测报告和哈萨克斯坦共和国国家统计局（BNS）发布的大气排放数据。研究人员采用了几种关键统计方法来量化时间变化。首先，计算了可比时期之间的百分比差异。其次，使用威尔科克森符号秩检验（Wilcoxon signed-rank test）评估2021年和2025年配对的城市级观测值之间的差异。第三，分别对每个城市和污染物应用曼-肯德尔趋势检验（Mann-Kendall trend test）来评估单调时间趋势，并使用森氏斜率估计量（Sen’s slope estimator）来估算变化幅度。为了控制多重比较带来的假阳性率，研究人员采用了本杰明尼-霍赫贝格程序（Benjamini-Hochberg procedure）对43项有效的污染物-城市趋势检验进行假发现率（FDR）校正。

研究结果

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  哈萨克斯坦共和国环境空气质量状况：根据国家统计局数据，2024年固定源大气污染物排放总量为227.14万吨，比2021年减少约5-6%。区域排放高度集中在巴甫洛达尔州和卡拉干达州。硫氧化物（SO₂）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NO_x）的排放量均有所下降，但碳氢化合物排放量增加了34%。环境空气监测网络从2021年的68个定居点、170个站点扩展到2025年的70个定居点、175个站点。2021年和2025年的标准指数（SI）对比显示，短期高污染事件仍然普遍，2025年部分定居点的最高浓度超过适用最大允许浓度（MPC）十倍以上。最大重复性指数（RP）表明，超标频率最高的地区集中在卡拉干达、萨特帕耶夫、铁米尔套和阿特劳等有限数量的定居点。综合空气污染指数（API）同样显示出巨大的空间差异。全国范围内，高污染（HP）事件从2021年的555次降至2025年的481次，极高污染（EHP）事件从4次降至1次。
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  主要污染城市空气质量动态评估（2017–2025）
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    卡拉干达（工业-冶金型污染）：颗粒物污染最为持久和显著。2021年后，年度API和SI值持续处于高位。2025年，记录了240次与PM_2.5相关的高污染事件，最大浓度达到MPC的27.4倍。名义上PM_2.5和PM₁₀呈上升趋势，但经FDR校正后均不显著。
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    铁米尔套（工业-冶金型污染）：表现出持续的高污染水平，污染物种类多样，包括苯酚、硫化氢（H₂S）、二氧化氮（NO₂）和颗粒物。年度API和RP值在研究期间均有所增加。名义上PM_2.5和NO₂呈上升趋势，而H₂S呈下降趋势，但均未通过FDR校正。
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    巴甫洛达尔（工业-能源型污染）：尽管其所在州的固定源排放量全国最高（2024年为68.78万吨），但该市本身的复合污染指标相对较低。名义上NO₂呈显著下降趋势（q=0.068），而PM_2.5呈上升趋势，但均未通过FDR显著性阈值。
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    乌斯季卡缅诺戈尔斯克（有色冶金主导型污染）：历史上SO₂和颗粒物污染严重，但2021年后多项指标下降。PM₁₀、SO₂、CO、H₂S和甲醛均显示出名义上的显著下降趋势，但苯酚呈上升趋势。所有趋势在FDR校正后均不显著。
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    阿拉木图（交通-城市型污染）：污染特征以城市交通、居民取暖和不利的气象条件为主。年度API从2021年的7下降至2025年的4，但短期颗粒物超标事件依然存在。SO₂、苯酚和甲醛呈名义下降趋势，但无统计显著性。
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    阿斯塔纳（季节性-能源型污染）：呈现强烈的季节性污染模式，与供暖需求和不利扩散条件相关。年度复合指标波动较大。NO₂和CO呈名义下降趋势，但无统计显著性。
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  空气质量的统计分析：对六个主要城市的配对比较（2021 vs. 2025）进行的威尔科克森符号秩检验显示，没有任何评估变量在0.05水平上具有统计学显著差异。在43项污染物-城市趋势检验中，虽然多项名义上显著，但经过FDR校正后，没有一项达到q<0.05的预设显著性标准。最小的调整后q值来自巴甫洛达尔的NO₂下降趋势（q=0.068）和乌斯季卡缅诺戈尔斯克的PM₁₀（q=0.068）及SO₂（q=0.084）下降趋势。
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  工业结构对区域空气污染模式的影响：不同城市展现了不同的污染特征。卡拉干达和铁米尔套表现为持久的颗粒物和多污染物污染；乌斯季卡缅诺戈尔斯克多种主要污染物呈下降趋势；巴甫洛达尔呈现高区域排放与中等城市污染水平的反差；阿拉木图和阿斯塔纳则表现出城市型和季节性污染特征。这表明区域排放、环境浓度和污染指数描述了空气质量的不同方面，不能互换使用。
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  大气降水的化学组成及其时间变化：作为辅助指标，降水化学分析显示，从2021年到2025年，硫酸盐的最大浓度和相对贡献显著下降，而硝酸盐和铵盐的浓度大幅增加。pH值趋于中性，电导率降低。微量元素如镉和铜浓度下降，但铅和砷略有增加。这些变化表明大气沉降的组成发生了改变，但不能直接等同于环境空气质量的改善。

讨论与结论

研究讨论指出，2021–2025年间，哈萨克斯坦的环境空气质量变化在城市、污染物和评估指标间呈现出异质性。被归类为持续高污染的定居点数量从2017–2021年的九个减少到2021–2025年的三个（卡拉干达、铁米尔套和阿拉木图），但个别地点仍持续发生高污染事件。在六城市比较中，2021年至2025年间的任何评估指标均未发现统计学上的显著差异。复合指标和单个污染物也表现出不同的时间行为，例如乌斯季卡缅诺戈尔斯克在污染指数下降的同时，苯酚却呈上升趋势。颗粒物仍然是最持久的污染物之一。固定源排放量下降了约5-6%，但环境空气指标未见统计学显著改善，表明排放与环境浓度是互补而非可互换的指标。总体而言，2021年后的时期呈现出选定指标改善、颗粒物污染持续以及偶发性污染事件并存的混合格局。研究结论强调，2021年《环境法典》应被视为一项长期监管过渡的开始，而非立竿见影的干预措施。研究结果为评估监管转型期的环境变化提供了实证基础，但并未建立直接的因果关系。进一步的评估可能需要长期监测、气象归一化、企业层面的合规进展信息以及准实验方法的应用。