南方科技大学环境科学与工程学院助理教授朱雷课题组在著名期刊Environment International发表题为“Underappreciated roles of soil nitrogen oxide emissions on global acute health burden”的最新研究成果。
研究背景
细颗粒物（PM2.5）、臭氧（O3）和二氧化氮（NO2）对人体健康的重要影响已得到公认，这促使全球对人为氮氧化物（NOx）排放实施了日益严格的法规。然而，尽管土壤NOx排放受化肥施用等农业活动的大幅影响，其目前仍被视为自然来源，对人类健康的影响研究仍相对较少。本文重点讨论了土壤NOx排放对PM2.5、O3和NO2短期暴露所致健康负担的重要影响。
研究方法和结果
在这项研究中，我们应用了2019年日尺度的PM2.5、O3和NO2地表浓度机器学习估计值，以及短期暴露与健康影响函数，来调查全球污染暴露导致的过早死亡的况。此外，我们还通过GEOS-Chem化学传输模型敏感性实验，评估了土壤NOx对三种污染物暴露健康负担的贡献。从全球视角获得的这些见解对于制定具有显著健康效益的农业相关政策至关重要，随着人为污染源控制的加强和气候变暖的加剧，这一点变得越来越重要。
如图1所示，2019年全球范围内有72.3%的地区收到土壤NOx的影响，特别是农业活动聚集区，如印度恒河平原和中国华北平原等。土壤NOx排放对全球短期PM2.5、O3和NO2暴露所致健康负担的平均贡献率分别为1.3±1.1%、6.3±5.1%和10.0±8.1%。全球范围内，南亚地土壤氮NOx关的死亡率位居榜首，且同时受到三种污染物的强烈影响。在其他地区，土壤NOx排放引发的健康问题主要与O3污染相关（如西非），其次是NO2（如拉丁美洲南部）以及PM2.5（如东亚）。
图1.2019年PM2.5、O3和NO2浓度及土壤NOx导致的健康负担。
从绝对数量上看，2019年土壤NOx导致的短期PM2.5、O3和NO2污染分别导致了13.9万、26.0万和13.9万人的过早死亡。总体健康风险在北半球的农作物播种和生长期5月达到峰值，但不同地区、季节和污染物之间呈现出显著差异（见图2）。以南亚为例，在3月至8月的温暖季节，土壤NOx排放导致的O3健康问题构成了最紧迫的威胁，而在9月至2月的寒冷月份，土壤NOx相关的PM2.5死亡人数最为突出。
图2. 土壤NOx对健康负担贡献的月度变化。
图3. 2019年全球施肥种类、方法和对应土壤NOx健康负担。
随着气候持续变暖，肥料施用量和其导致的土壤排放量预计将持续增加。而大规模的气候条件在实践中相对难以改变，因此，减轻土壤NOx排放健康风险的首要任务是实现氮肥的可持续利用。在图3中，2019年全球广泛采用地表施用方式应用合成氮肥，如尿素、氮磷钾复合肥和硝酸铵肥料。肥料的密集使用通常伴随着较高的土壤NOx相关健康风险，给发展中国家或农业密集地区污染减排和健康管理带来巨大挑战。
结语
本研究强调了土壤NOx在排放控制和健康效益方面的重要性及其在地区、季节和污染物方面的差性异。在人为排放得到有效管控的背景下，这种重要性将愈发凸显。从全球视角获得的这些见解对于制定具有最大公共卫生效益的战略政策至关重要。而在管理政策中，实现合成肥料合理施用和提高氮肥利用效率的农田管理措施，能为降低土壤NOx健康风险提供了可行的解决方案。
南方科技大学为本论文第一通讯单位，刘嵩研究助理教授为论文第一作者，朱雷助理教授为通讯作者。该研究得到了国家自然基金、广东省科学技术厅重点领域研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、广东省教育厅创新团队、深圳市科技创新委员会等项目的支持。计算资源由南方科技大学科学与工程计算中心提供。
论文原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.109087
刘嵩，南方科技大学环境科学与工程学院研究助理教授，副研究员，硕士生导师。主要研究领域为大气痕量气体卫星遥感反演及排放监测。
主页：https://songliuspace.github.io/
朱雷，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授，副研究员，博士生导师。主要研究领域包括痕量气体遥感、数据同化、空气质量、大气-地面-海洋交互作用。通讯邮箱：zhul3@sustech.edu.cn
课题组网站：https://www.acmrsg.org/
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