大氣污染對居民健康影響研究進展

秦耀辰 謝志祥 李陽

20世紀30年代以來世界范圍內相繼發生比利時馬斯河谷、美國洛杉磯光化學煙霧、英國倫敦煙霧和日本四日哮喘病等駭人聽聞的大氣污染事件，這不僅造成巨大的財產損失，而且吞噬著居民的健康與生命。面對嚴峻的大氣污染形勢，英、美、法、日等國紛紛采取優化產業結構、革新生產工藝、提升能源效率、推廣清潔能源及發展公共交通等措施來防治大氣污染，經過幾十年不懈努力，空氣質量惡化趨勢初步得到遏制。發達國家的經驗充分說明大氣污染與人類活動關系極為密切，與工業化、城市化進程同步發生發展。改革開放以來，中國經濟保持長達40年的高速增長，但由此也付出慘痛的環境代價，具體表現為以霾為主要代表的大氣污染事件發生頻率之高、波及范圍之廣和危害程度之深前所未有。國家環保部發布的《環境統計公報》指出，2013年中國平均霾日數約為35.9 d，達到1961年來的最高峰；霧-霾災害風險熱點區范圍囊括96個城市，占據國土面積92.4萬km2，波及人群數量高達5.9億；北京市僅PM2.5污染就造成2萬多人死亡，100余萬人患病，引發經濟損失約9億元。

學術界關注大氣污染的健康危害由來已久，但是由于知識和學科背景的差異，致使學者們基于不同視角開展的研究側重點也不盡相同。國外學者的研究最早可追溯至20世紀60年代，Ridker從經濟學視角出發，估算出1958年美國因大氣污染誘發的健康經濟損失約為802億美元，成為定量評估大氣污染健康效應的開端。隨著研究的深入，從流行病學視角出發開展的大氣污染對居民健康影響研究亦呈增多趨勢，Dockery等通過追蹤美國6個城市PM2.5濃度與8000名被調查人群的健康變化狀況，發現PM2.5濃度最高城市的人口死亡率大約是濃度最低城市的 1.26倍。Seethaler等采用支付意愿法評估 1996年歐洲奧地利、法國和瑞典PM10污染引發的健康損失，得出健康損失的經濟價值約為 270億歐元，占據同年國內生產總值比重的1.7%。Katanoda等采用隊列研究方法著重探究日本分項大氣污染物對63520位居民的健康影響，揭示出PM2.5、SO2和NO2濃度增加均會導致居民死于肺癌和呼吸系統疾病人數的顯著上升。Dan等基于加拿大空氣污染物濃度和居民死亡數據探尋不同類型污染物的健康危害，發現眾多大氣污染物之中O3造成的居民死亡風險最高，而NO2的死亡風險最低。流行病研究案例的增多為Meta方法的應用奠定堅實基礎，Aunan等基于搜集到的42篇文獻成果，借助Meta方法探尋中國PM10和SO2污染對居民健康的影響，結果發現PM10和SO2濃度每增加1 μg·m-3，人口死亡率分別上升0.03%和0.04%。國內學者的研究則開始較晚，過孝民等依據1985年中國 SO2濃度和居民健康數據，采用修正人力資本法揭示出其造成的健康損失價值為37.64億元。進入21世紀，國內學者的研究表現出數量上不斷增多、方法上持續改進和深度上廣為拓展的特征。陳仁杰等評價 2006年中國 113個城市 PM10污染的健康危害，發現PM10引發29.97萬人早逝、25.49萬人住院。Song等探尋 PM2.5對心血管和呼吸系統疾病的影響，發現 2013年中國 PM2.5污染造成 14.98萬人死于心血管疾病、44.60萬人死于呼吸系統疾病。此外，也有學者利用衛星遙感數據判定不同大氣污染物脅迫下暴露人群數量，為核算居民健康損失提供新的視角，但該方法總體較為粗略。歸納來看，當前研究集中在宏觀區域層面健康損失核算和微觀個體層面健康損失差異兩個方面。為此，本文從研究內容和方法方面歸納評述大氣污染對居民健康的影響，展望未來的發展方向，以期為推進大氣污染健康損失核算提供較為系統完整的分析框架。

1 研究內容

大氣污染對居民健康的毒性作用機制極為復雜，主要表現為長期慢性和短期急性效應兩種形式。無論是急性還是慢性效應，大氣中的毒害物質主要通過破壞人體呼吸、免疫和血液循環系統等誘發致病或致死癥狀，進而造成健康或經濟損失。目前公認的大氣污染物致病效應主要表現在呼吸系統和心血管疾病方面，致死效應則主要表現在總死亡、呼吸系統疾病、心血管疾病和肺癌等方面。鑒于慢性效應與急性效應之間并無明顯的區分界限，不同學者對此認知差異較大。為此，可將大氣污染對居民健康的影響研究劃分為宏觀區域層面和微觀個體層面兩大部分。

1.1 宏觀區域層面

宏觀區域層面的研究聚焦在居民健康損失核算、健康損失的經濟代價評估以及控制大氣污染的健康收益等方面，實質上強調人體對大氣污染做出的被動響應，優點在于能從全局把握大氣污染的健康危害，缺點在于這是以不考慮個體特性差異為前提的。

居民健康損失核算方面，目前主要是依據流行病學理論方法，通過追蹤大氣污染物和樣本人群的健康變化狀況，以此確定兩者之間的暴露響應系數，在此基礎上推算特定區域居民遭受的健康損失量。下面將從大氣污染物類別、健康終端選取和暴露響應系數確定 3個方面展開闡述。從大氣污染物類別來看，學者們最初關注SO2的健康危害，隨后逐漸轉移到NO2和PM10上來，隨著霾成為當下社會的熱點話題，學者們意識到 PM2.5和 O3的健康危害更大，研究的興趣點也轉移到PM2.5和O3對居民健康影響方面。健康終端選取方面，最初研究主要探討大氣污染物與死亡率的變化關系，隨著流行病研究案例的增多，研究大氣污染物和分項健康終端對應的死亡或發病關系成為主流。暴露響應系數確定是核算居民健康損失的關鍵，也是開展健康損失價值評估及不同污染物控制情景下潛在健康收益分析的前提。從中發現，早期暴露響應系數主要來自發達國家的流行病實證研究，隨著研究案例的增多，使得Meta方法被廣泛應用于求取案例區以外的暴露響應系數成為可能。與此同時，由于中國流行病研究案例匱乏，導致國內研究多基于國外流行病案例，采用Meta方法求取大氣污染物與特定健康終端之間的暴露響應系數。然而，中國與西方國家在產業結構、能源構成和環保投入等方面的差異決定著中國大氣污染也與西方存在較大差別。從這個角度來看，依據國外案例求取的暴露響應系數存在著不確定性。部分學者已經注意到這個問題，于是從統計學視角出發研究空氣中總懸浮顆粒物（TSP）對居民平均預期壽命的影響，得出大氣污染造成中國北方地區居民預期壽命比南方地區縮短5.5 a的結論。

健康損失的經濟代價評估是指對大氣污染物引發的健康損失量進行貨幣估計，以便能夠直觀認知大氣污染給經濟發展帶來的不利影響。當前研究主要集中在健康損失的直接和間接經濟代價評估這 2個方面。其中，直接經濟代價是指大氣污染造成居民自身直接經濟損失，包括早逝經濟損失、治病費用支出以及誤工收入損失。間接經濟代價則是指大氣污染誘發勞動力供應和醫療支出費用變化而對宏觀國民經濟產生的沖擊。直接經濟代價評估通常可分為以下步驟：首先根據暴露響應系數核算特定健康終端對應的損失量，其次，借助人力資本法（HCA）、支付意愿法（WTP）和疾病成本法（COI）等對居民健康損失量進行貨幣估計。需要指出的是，學者們通常借助 HCA或 WTP法計算早逝經濟損失，采用COI法計算治病產生的醫療費用，因治病而造成的誤工損失通常也采用HCA法計算。其中，住院費用支出由對應健康終端單位人次平均診療費用乘以平均住院天數求得，門診治療費用由對應健康終端單位人次診療費用乘以門診總人數求得；因治病造成的誤工損失則采用不同健康終端發病對應的平均住院天數乘以每天的人均 GDP。人是物質財富的創造者，在社會經濟活動中發揮主導性作用，同時產業間的關聯性特征又決定著發病與死亡人群變化最終會反饋到宏觀經濟層面。間接經濟代價評估主要包括3個步驟，除前2個步驟與直接經濟代價評估完全相同外，間接經濟代價評估還需依據投入產出表，采用投入產出模型（I-O）或可計算的一般均衡模型（CGE）將大氣污染物造成的勞動力和醫療費用變化數據等帶入，以此估算大氣污染造成的宏觀經濟損失。

控制大氣污染物的潛在健康收益方面，眾多國家或組織紛紛意識到大氣污染的健康危害，于是出臺或修訂更為嚴格的空氣質量控制標準。在此背景下，學術界也開展不同污染物濃度控制情景下居民健康收益方面的研究，雖然不同地區模擬結果相差甚大，但毫無疑問均證實削減大氣污染物能夠帶來巨大的健康收益。當然，也有部分學者嘗試借鑒健康損失經濟代價評估的思路，采用貨幣化手段量化削減大氣污染的健康收益，同樣說明削減大氣污染物可以獲得極大的經濟收益。以上開展的健康收益分析大多是基于不同國家或組織的空氣質量控制標準為前提的，強調的是區域大氣污染物濃度假定被控制或削減到同一濃度水平下的理想化狀態，現實中由于經濟發展、產業政策、能源構成及環保投入等因素千差萬別，導致不同地區削減大氣污染物的能力也不盡相同，如若采用統一的污染物濃度控制標準，勢必造成污染重災區由經濟發達地區向欠發達地區轉移，導致“污染天堂假說”情形的出現。有鑒于此，部分學者開始將關注重點轉向大氣污染物削減分配方面，強調削減分配過程應在滿足區域總體目標的前提下，因地制宜確定區域內部單元的濃度控制目標，提出不同原則導向下的大氣污染物削減分配方案。

1.2 微觀個體層面

微觀個體層面的研究認為應從人的生理差異、行為偏好、自然環境和社會經濟等屬性出發，著重探討大氣污染脅迫下居民個體遭受的健康損失差異，更多強調的是居民個體具備主動降低或緩解大氣污染健康危害的能力。

暴露于大氣污染狀態下的居民不可避免地承受著大氣污染給健康帶來的襲擾，但是由于以下因素的差異，導致居民個體抵御大氣污染健康危害的能力也各不相同。一是個體生理差異，包括種族、性別和年齡等。美國心臟協會研究證實黑人比其他種族的人群更多暴露于大氣污染，大氣中的毒素會導致黑人患心臟病的風險比白人高出25%。世界衛生組織（WHO）指出中國每10萬人中就有161人死于大氣污染，且男性比例高于女性。另外，還有學者發現老人和兒童是易受大氣污染危害的脆弱人群，其中老人構成了心血管疾病早逝的主要人群，而兒童則構成呼吸系統疾病早逝的主要群體。二是居民行為偏好，包括職業選擇、出行方式、鍛煉習慣、飲食搭配和健康意識等。職業選擇與居民室內外活動時長緊密相關，2011年WHO發布的《室內空氣污染與健康》指出，室內空氣污染高出室外5～10倍，每年全球有約200萬人死于室內空氣污染，死于室外空氣污染的人數在 130萬左右。孫斌棟等認為出行方式由私人機動車向公交系統、體力型交通轉變有助于提升居民健康水平，并據此提出改善社區設施可達性和減少居民個體機動化出行的建議。吳丹等對比南京市不同交通工具內部的顆粒物濃度，發現乘坐地鐵遭受的空氣污染程度顯著低于乘坐私家車和出租車。但是，也有學者認為出行方式對健康的作用會隨空氣質量變化而變化，當空氣質量狀況較好時，步行或騎行帶來的健康收益要優于乘坐私家車或出租車；當空氣質量狀況較差時，情況則恰好相反。此外，具有鍛煉習慣或注重膳食搭配的人群往往體質較好，因而抵御大氣污染健康危害的能力較強。健康意識也關系著居民防范大氣污染健康危害的能力，具有健康防護意識的居民可通過乘坐地鐵、佩戴口罩及使用空氣凈化裝置等降低大氣污染的健康危害。三是自然條件差異，包括大氣污染物濃度、氣象條件、地形因素和地表覆被等。Cuijpers等研究夏季煙霧暴露對兒童呼吸系統的急性影響，發現污染越嚴重地區兒童患過敏性病癥的機率越高。氣象條件在大氣污染形成過程中發揮重要作用，有研究表明溫度、風速、日照、氣壓和降水等均會對大氣污染起加劇或緩解作用。周亮等分析了 2001—2011年中國 PM2.5的時空演化特征，發現PM2.5污染嚴重區域集中在華北與長江中下游地區，具有明顯的低地平原指向性特征。另外，還有研究表明植物能夠削減大氣污染物濃度，所以植被覆蓋較高地區的大氣污染程度往往低于植被覆蓋較低的區域。四是社會經濟水平，反映在居住環境、收入水平、教育程度和醫療衛生等方面。居住環境包括土地利用混合度、距公交或地鐵站點距離及社區綠化狀況等，這些因素關系著居民出行、娛樂和休閑方式的選擇，最終會反饋到個體健康層面。收入水平決定著居民的生活質量，通常情況下高收入人群減少大氣污染健康危害的支付意愿要強于中低收入人群。教育水平影響個體認知大氣污染健康危害的能力，高學歷人群大多具有較強的防范意識，因而遭受的健康損失相對較小。醫療條件對改善大氣污染誘發的致病或致死效應具有重要作用，配套的社會保障政策使得廣大人群尤其是低收入群體接受醫療救助成為可能，所以醫療條件和社會保障也會影響居民個體遭受的健康損失差異。

2 研究方法

2.1 數據來源及處理

開展大氣污染對居民健康影響研究的前提在于獲取大氣污染物濃度和特定健康終端對應的發病與死亡數據。大氣污染物數據來源主要有以下途徑：一是政府部門發布的空氣質量實測數據，這類數據通常比較權威且在研究中得到廣泛應用。發達國家的空氣質量監測工作已相當完善，然而，發展中國家的監測工作尚處于起步階段，存在著時序過短、站點設置不合理、部分監測指標缺失及數據可獲取性差等問題，這在不同程度上影響著評價結果。二是研究機構公布的大氣污染物濃度數據，這類數據多是由學者結合地面監測站點數據和土地利用類型數據對衛星遙感影像進行校正，推算缺失年份或地區的大氣污染物濃度。該類數據優點在于有效解決部分年份或地區的數據缺失問題，為研究長時序大氣污染物濃度變化提供了可能，缺點在于受云層反射等因素影響部分地區的數據精度偏低。三是個人實測獲取的污染物數據，這類數據利于精準反映微觀尺度的污染物變化，缺點則在于獲取數據的成本較高且容易受到主觀因素的干擾。健康終端數據主要來自以下方面：一是政府部門發布的統計資料，如人口普查資料、衛生統計年鑒和疾病監測資料等，該類數據適用于研究宏觀區域層面居民的健康變化狀況。二是WHO公布的全球疾病負擔報告（GBD），該報告詳細提供全球 100多個國家和地區居民的死亡與發病成因，與政府部門的數據相比，該數據覆蓋面大，內容翔實，標準相對統一。三是醫院調研獲取的健康數據。較前兩類數據而言，這類數據通常獲取難度較大，樣本容量偏小。此外，評估健康損失的經濟代價時還需用到以下數據：一是統計數據，如投入產出表、人均國內生產總值、平均診療費用和住院日數等；二是調研數據，如居民為減輕大氣污染健康危害的支付愿意等。

2.2 主要研究方法

早期大氣污染對居民健康的影響研究以定性方法為主，重點在于探討大氣污染致病或致死效應的生物學機制。隨著學科融合水平的提升，定量測度大氣污染的健康及經濟損失成為學者關注的熱點。確定暴露響應系數時，經常用到的是Meta分析和流行病研究方法。測算居民健康損失量時常用Poisson回歸模型，但對于污染物安全閾值的設定尚無統一標準。評估健康損失的直接經濟代價時，COI主要被用于求取居民的醫療費用支出，WTP和HCA則用來評估居民早逝和誤工造成的經濟損失，但有學者認為 WTP是以問卷調查為基礎的，因此在樣本選取過程中存在著主觀隨意性；而采用HCA評估早逝或誤工的經濟損失時存在著倫理學缺陷，因此有學者主張采用修正的人力資本法進行估算。評估健康損失的間接經濟代價時，常以國民經濟投入產出表為依據，采用I-O或CGE模型將勞動力供應和醫療支出費用變化等數據帶入模型，以此估算大氣污染對宏觀國民經濟產生的沖擊。大氣污染物削減分配方面，用到的有層次分析法、熵權法和環境基尼系數等。歸納來看，這些方法均存在著各自的優缺點和特定適用范圍，不同方法的靈活組合極大豐富著大氣污染健康效應方面的研究內容。另外，運用這些方法評估大氣污染的健康和經濟損失時，得到的結果也不盡相同，有的研究能夠對現存結果起印證作用，有的則與之相反，這主要是由研究區域選取、大氣污染物類型、健康終端選擇和閾值標準設定等因素造成的。

3 存在問題

（1）關注單一類型大氣污染物的健康危害，缺乏同時考慮多種大氣污染物對居民健康的影響。隨著城市化推進、機動車普及和能源消耗量增長，復合型大氣污染特征日益凸顯。在此背景下，居民往往同時受到多種大氣污染物困擾，大氣中的SO2、NOx、O3及顆粒物等均會給居民帶來健康危害，因此在評價單一類型大氣污染物誘發居民健康損失的過程中存在著忽略其它類型大氣污染物對居民健康交叉影響的缺陷，而這會錯估某些特定類型大氣污染物對居民健康的影響。

（2）宏觀區域層面研究集中在單一城市層面，微觀個體層面研究以定性為主且發展滯后。眾所周知，大氣污染具有極強的空間傳輸特性，因此開展大的區域范圍內不同城市健康損失差異研究對于明晰大氣污染危害、識別暴露人群分布及推進區域大氣污染聯防聯治等具有重要參考價值。與宏觀區域層面強調居民對大氣污染危害的被動響應不同，基于微觀個體視角探究居民健康損失差異有助于針對特定群體（婦女、兒童、老年人和高收入群體等）定制個性化防范策略。

（3）較多聚焦大氣污染誘發的健康及經濟損失，對大氣污染物的削減調控研究重視不夠。定量評估大氣污染脅迫下居民遭受健康或經濟損失的目的在于為政府部門進行大氣污染防治決策的成本效益分析提供科學依據，而污染物削減分配則是實現這一目標的有效途徑。然而，現有研究仍大量集中在居民健康及經濟損失核算方面，少有的大氣污染物削減調控研究亦是圍繞區域內部單元污染物濃度被削減到同一理想水平而展開的，這在不同程度上弱化著研究結果的應用性。

（4）數據可得性、閾值參數設置和健康終端選取等也會造成評價結果的不確定性。由于國內流行病實證研究案例匱乏，直接借鑒國外暴露響應系數結果會導致健康損失核算產生偏差。采用泊松回歸模型測度居民健康損失量時需要確定污染物安全閾值，事實上，不僅不同類型大氣污染物安全閾值不同，即便同類型污染物也無相同閾值標準，而這會影響最終評價結果。考察大氣污染健康危害時多從心血管疾病、呼吸系統疾病和肺癌等入手，存在著忽略其它健康終端的缺陷。

4 未來展望

（1）加強國內不同類型大氣污染物與居民特定健康終端的流行病案例研究。流行病案例研究是目前確定暴露響應系數相對較為科學的方法，它可以最大限度避免不同類型大氣污染物對居民健康造成的交叉影響，也是順利進行多種大氣污染物健康效應評估的前提。由于中國流行病案例匱乏，致使現有研究多采用元分析或統計回歸方法求取暴露響應系數，然而，中國與西方國家大氣污染方面的差異制約著國外流行病研究案例的普適性，因此未來應積極開展國內流行病案例研究。

（2）更加注重宏觀區域與微觀個體層面健康損失差異研究的定量融合。長期以來，宏觀區域與微觀個體層面居民健康損失差異研究割裂現象明顯，但兩者對于國家大氣污染防治和衛生健康政策制定具有重要意義。尤其是近年來隨著遙感數據、站點數據、調研數據和居民健康終端數據可獲取性增強，新技術和新方法不斷涌現，初步具備在大的地域范圍內開展特定居民群體遭受健康損失差異研究的基本條件，這有助于探尋居民健康損失的地域分異規律，深刻揭示其驅動作用機制。

（3）聚焦居民健康視角下大氣污染物濃度的削減調控研究。大氣污染極大危害著人群的生命健康和財產安全，在未來相當長的時期內將是國家環境污染防治的重點，未來研究應立足于居民健康損失核算的基礎上，將居民健康與大氣污染物削減調控結合起來，提出健康收益視角導向下區域內部單元因地制宜的大氣污染物濃度削減調控目標，這不僅能夠給區域帶來較大的健康和經濟收益，而且也能為政府部門決策提供行之有效的方案，進而減輕大氣污染誘發的健康及經濟損失。

（4）重視大氣污染物和居民健康終端數據庫建設。大氣污染的健康危害同時存在長短期效應，鑒于國內大氣污染監測數據時序過短，所以建立長時序大氣污染物數據庫不僅是進行長短期健康效應評估的前提，而且也為綜合評價多種大氣污染物的健康損失奠定基礎。另外，政府和相關組織公布的居民健康終端數據多是以年為單位進行統計的，忽略居民健康損失量的年內變化特征，這給大氣污染的急性健康效應評估帶來巨大障礙，因此建立精細化的居民健康終端數據也刻不容緩。

（《環境科學》2019年（網絡優先出版））