华东师范大学杨毅团队EEH:揭示农业机械减排难减毒——PM排放大幅下降,但OP风险改善有限

近日，华东师范大学杨毅教授团队在国际期刊Eco-Environment & Health发表题为“Stagnant oxidative potential in declining agricultural fleets: Evidence from key particulate matter composition despite fleet renewal”的研究论文。

聚焦非道路排放，揭示“减排难减毒”关键问题

本研究基于长三角典型农业区的实地采样，结合多尺度分析技术（ICP-MS、GC-MS、spICP-TOF-MS、HR-TEM及DTT氧化潜能分析方法等），系统解析了不同排放标准（国II/III）、机械类型、工况及功率水平下农业机械排放PM的化学组成及OP特征。

研究发现，尽管国III排放标准使PM排放量相比于国II降低约50%，但其单位质量PM的OP却显著升高（约2.7倍）。这一结果首次明确提出农业机械排放中存在典型的“减排难减毒”甚至导致单位质量PM毒性升高。

图1. 不同排放标准（a）、机械类型（b）、工况（c）和发动机功率等级（d）下，农用机械尾气中PM排放因子的变化，以及相应的OP（e-h）。

多技术耦合解析，识别关键毒性驱动组分

通过相关性分析与机器学习方法（随机森林），研究识别出影响OP的关键组分，主要包括：Fe、Zn、Mn等过渡金属以及高环PAHs（如BaP）。进一步基于单颗粒分析技术发现，富铁细颗粒（Fe-rich FPs）是最关键的毒性载体，这类颗粒不仅可同时富集多种金属（如Zn、Mn、Pb等），还与高致癌性PAHs存在显著关联。磁性循环提取实验进一步证实了富铁颗粒的OP是整体PM的3.4–36.7倍，从实验层面验证其主导毒性贡献。

图2. （a）化学组分对农业机械PM的OP的重要性排序；（b）含Fe、Mn、Zn（OP调控金属）颗粒的smFP（单金属元素颗粒）和mmFP（多金属元素颗粒）的数量比例（基于spICP-TOF-MS的单颗粒元素解析结果）；（c）单个mmFP中Fe、Mn和Zn的质量分数分布（图例中的不同颜色表示不同的质量分数范围）；（d）含Mn（d1）和Zn（d2）的mmFP的单颗粒组成基质。（e）根据国II（e1）和国III（e2）标准，对PM中含Fe、Mn、Zn的mmFP的组成基质进行比较；（f）国II和III标准下富铁颗粒中负载过渡金属和重金属的质量分数。

全国尺度评估揭示健康风险滞后下降

综合农业机械特定排放系数、车队保有量、发动机功率水平和年运行小时数等参数，构建2017–2023年农业机械PM及关键风险组分的排放清单与对应的OP风险。结果显示，从2017至2023年，全国农业机械PM排放下降53%，但OP风险仅下降21%，表明健康风险改善幅度远不及排放控制的效果。

图3. （a）中国不同排放标准和功率水平下农业机械的年度PM排放量估算（2017-2023）；（b）农业机械PM的年度总OP，以每年PM排放总量对DTT的消耗速率表示；（c-d）中国农业机械PM中Fe（c）和PAHs（d）的年排放量。Tc-G2和Tc-G3分别表示符合国II和国III排放标准的拖拉机。Power-L/M/H代表配备低/中/高功率发动机的拖拉机。

成果意义：推动“健康导向”大气治理转型

本研究突破传统“质量导向”的排放控制思路，提出应引入OP等健康指标用于排放监管，强化对富铁颗粒与PAHs等关键风险组分的精准管控，并优先针对中低功率农业机械开展减排策略优化。研究为非道路移动源污染防控提供了新的科学依据，并为全球农业机械化快速发展的地区提供了重要参考。

Wang, M., Wang, Z., Wang, Y., Shi, Z., Peng, B., Zhang, F., Wang, G., Yang, Y, Stagnant oxidative potential in declining agricultural fleets: Evidence from key particulate matter composition despite fleet renewal, Eco-Environment & Health (Eco-Environ. Health), 2026, 100230

https://doi.org/10.1016/j.eehl.2026.100230

第一作者简介

王梦圆，华东师范大学地理科学学院2022级博士研究生，主要从事大气颗粒物污染特征、单颗粒化学组成及健康风险研究，目前以第一/共同第一作者在Eco-Environment & Health、Advanced Science、Environment & Health等期刊发表论文6篇。

通信作者简介

张帆，华东师范大学地理科学学院副教授，硕导。重点关注我国非道路移动源（船舶、农业机械、工程机械等）尾气排放特征及其对环境空气与人类健康影响研究。主持国家自然科学基金面上与青年等多个项目，以第一/通讯作者在Environmental Science & Technology、Atmospheric Chemistry and Physics与Journal of Geophysical Research: Atmospheres等期刊发表SCI论文近20篇。

杨毅，华东师范大学地理科学学院教授、博导。重点关注环境中纳米颗粒，尤其是人类活动产生纳米颗粒的排放格局和效应研究。主持国家自然基金杰出青年基金和优秀青年基金等，发表SCI论文100余篇（包括Science、Nature Communications、Environmental Science and Technology等）。目前担任Applied Geochemistry等杂志副主编。