PM_2.5（空氣動力學粒徑小于2.5 μm的顆粒物）是一種主要的大氣污染物，嚴重危害人體健康。世界衛生組織估算全球PM_2.5污染每年造成數百萬人過早死亡（指死亡年齡低于預期壽命），成為諸多國家亟需解決的重大環境問題。活性氮（Reactive nitrogen; Nr）排放，包括氨氮（NH₃）和氮氧化物（NO_x），是造成大氣PM_2.5污染的重要排放來源，它們與二氧化硫（SO₂）一起在大氣中通過化學轉換導緻PM_2.5中二次無機鹽形成。由于各國家與地區在氮排放、大氣化學、人口密度、經濟發展、生活水平等方面的特征差異，很難在全球範圍内系統地量化氨氮和氮氧化物排放對PM_2.5污染産生的健康效應和減排成本。因此，亟需一種通用的方法來比較不同國家與地區氮排放造成的健康影響，為全球PM_2.5污染治理提供科學依據。

beat365官方网站大氣與海洋科學系張霖研究員與浙江大學谷保靜研究員、英國生态水文中心Mark Sutton教授等開展合作研究，提出N-share（氮貢獻率）指标，在全球尺度上表征氮排放對PM_2.5空氣污染及其健康效應的分攤貢獻。N-share與氮素在PM_2.5中的質量占比不同，其含義是考慮對PM_2.5二次無機鹽形成的綜合影響，通過在大氣化學數值模型中關閉氨氮和氮氧化物排放但保留其他污染物（如SO₂）排放來計算得到。

聯合研究團隊利用多個全球三維大氣化學數值模型（EMEP-WRF、TM5-FASST、GEOS-Chem），量化了全球不同國家與地區氮排放對PM_2.5空氣污染及其健康效應的貢獻率，并進一步耦合綜合評價模型（GAINS），評估了全球通過控制氮排放來減輕PM_2.5污染健康風險的經濟成本與收益。研究發現，全球PM_2.5污染的N-share從1990到2013年有整體增加，而區域差異很大（圖1）：亞洲、南美和南非地區顯著增加，歐洲顯著降低；全球多數國家與地區中氨氮排放對PM_2.5污染的貢獻率比氮氧化物排放貢獻更大，表明PM_2.5中二次無機鹽形成受氨氮限制更強。1990—2013年間，全球氨氮的PM_2.5貢獻率從25%增加到32%，而氮氧化物貢獻率從17%增加到28%；氮貢獻率的增加與其排放總量增加，而另一前體物SO₂排放量減少的趨勢吻合。總氮排放的N-share遠小于氨氮和氮氧化物單獨的N-share之和（圖1）體現出兩者在二次PM_2.5形成過程中的相互作用。

圖1 1990—2013年氮排放對全球PM_2.5空氣污染的貢獻百分率：A～C.活性氮（Nr）排放的PM_2.5 N-share及期間改變值；D～F.氨氮（NH₃）排放的PM_2.5 N-share及期間改變值；G～I.氮氧化物（NO_x）排放的PM_2.5 N-share及期間改變值

聯合研究團隊采用了生命年損失（years of life lost; YLL）指标來評估PM_2.5污染對人類過早死亡的影響。結果表明，全球氮排放引起的PM_2.5污染導緻人類總YLL從1990年的1950萬年增加到2013年的2330萬年。結合各國家與地區經濟發展情況，這相當于造成了1990年約2610億美元和2013年4200億美元的健康損失。因此，降低氮排放及其導緻的PM_2.5污染能帶來巨大的健康效益。研究估算，減少全球氨氮排放的平均成本為1.5美元/千克氮，遠低于其減排所帶來的約6.9美元/千克氮的健康收益；相比之下，氮氧化物減排的平均成本為16美元/千克氮，遠高于其約7.3美元/千克氮的收益。控制氨氮的成本收益率相較控制氮氧化物更高，其中北美地區在控制氨氮排放的成本收益率最大，其次是歐洲和亞洲（圖2）。盡管目前氮氧化物減排的實施成本超過其PM_2.5健康收益，但減少氮氧化物排放還可帶來減輕臭氧污染、優化生态系統氮循環等其他好處。研究指出了全球控制氨排放對減輕PM_2.5污染的高社會收益。氮氧化物排放主要來自交通、工業等行業中的化石燃料燃燒過程。全球許多國家和地區，尤其是美國、歐洲等發達地區，已經長期采取氮氧化物減排措施，使得進一步減排氮氧化物的邊際成本加大。然而，氨排放主要來自農業活動，其排放尚未有效控制，減排成本也相對低廉，例如優化氮肥施用不僅可以減少氨排放，還可以降低氮肥使用量，從而節約減排成本。因此，在現有氮氧化物排放控制的基礎上，加大對氨排放的控制，有助于全球PM_2.5空氣質量的持續改善。

圖2 全球各大區域氨氮和氮氧化物減排50%的成本和收益：A.氨氮減排收益包含PM_2.5污染減輕的健康效益以及減小氮肥施用量（Fert）的經濟節約，氮氧化物減排收益包含PM_2.5和臭氧（O₃）污染減輕帶來的健康效益；B.氮減排收益與成本的比值（高于“1”表示減排收益高于成本）

相關研究成果以“控制氨比控制氮氧化物對減輕PM_2.5空氣污染更具有成本效益”（Abating ammonia is more cost-effective than nitrogen oxides for mitigating PM_2.5 air pollution）為題，2021年11月5日發表于《科學》（Science）；谷保靜（第一作者）、張霖（第二作者）、Mark Sutton為共同通訊作者，beat365官方网站2020屆博士畢業生陳優帆參與了該項研究。同期“視點”（Perspective）專欄配發了荷蘭萊頓大學Jan Willem Erisman教授題為“氨如何供養和污染世界”（How ammonia feeds and pollutes the world）的評論文章。

上述研究工作得到國家自然科學基金等資助和聯合國環境署氮素管理系統（INMS）工作組的技術支持；其他合作者包括來自歐盟委員會聯合研究中心、荷蘭環境評估署、澳大利亞墨爾本大學、北京航空航天大學、奧地利國際應用系統分析研究所、挪威公共衛生研究院等國内外高校和機構的研究人員。

論文原文鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf8623

評論文章鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm3492