成果速递
锑（Sb）是多国环境机构重点管控的有毒类金属，兼具长距离大气传输能力，对人体健康与海陆生态存在持久危害，但全球Sb的长期污染演化、政策调控效应与完整生物地球化学收支缺乏系统定量解析。华东师范大学李睿和姚远志研究员开展相关系列研究，首先构建 2000–2019 年长时序全球Sb排放清单，依托 GEOS-Chem 模型首次完整模拟近 20 年全球颗粒态Sb浓度与沉降时空格局，厘清中、印、美、俄等区域截然相反的污染演变趋势，同时发现北冰洋、南大洋等偏远大洋Sb沉降大幅上升，证实大陆人为污染可持续扰动全球深海环境；在此基础上针对性开展情景敏感性模拟，量化 2013 年后我国清洁空气行动计划的全球减排红利，证实该政策显著削减东亚及周边近海Sb沉降，且管控效益随距离增加逐步衰减；最后整合天然与人为收支构建全球Sb生物地球化学循环框架，核算岩石风化、热液、采矿、大气排放等多界面通量，明确人为活动已主导全球Sb循环，造成海陆Sb收支失衡。整套成果补齐了全球Sb污染演化、政策效益与元素循环的关键数据缺口，为全球跨区域Sb污染协同管控、差异化区域治理方案制定提供了完整科学依据。上述成果发表在Global Biogeochemical Cycles, Journal of Hazardous Materials和Environmental Pollution等学术期刊上。
成果1：全球20年大气Sb的浓度和沉降模拟研究
锑是各国环境机构重点管控的优先污染物，会对人体健康与海洋生态系统造成严重危害。但目前学界对颗粒态Sb大气浓度、沉降通量的全球长期演变规律仍缺乏清晰认知。为填补这一研究空白，本研究构建了 2000—2019 年长达 20 年的全球大气Sb排放清单，并首次完整模拟了该时段全球颗粒态Sb的大气浓度与沉降通量时空分布特征。研究结果显示，全球大气Sb浓度存在显著空间分异：中国区域浓度最高，均值达 1.49 ± 0.65 ng/m3；撒哈拉以南非洲最低，仅 0.007 ± 0.003 ng/m3。从长期变化趋势来看，2000 至 2011 年我国大气Sb浓度持续走高，2013 年清洁空气政策落地后大幅回落；与之相反，印度大气Sb水平自 2000 年起持续上升，近年未出现明显下降趋势；2000—2019 年北美地区Sb浓度逐年稳步降低，得益于当地经济发展平稳、先进大气污染治理设备全面普及。海洋区域的Sb沉降变化趋势与大陆人为排放特征高度吻合：例如东海、北大西洋的Sb沉降通量，分别跟随中国、西欧的排放变化同步波动。值得关注的是，北冰洋、南大洋等偏远海域Sb总沉降量大幅上升，增幅分别达28%、162%，充分说明人为排放的影响能够长距离传输，持续改变全球最偏远海洋环境的Sb沉降水平（图1）。
图1 全球20年大气Sb浓度的时空差异
成果二：中国清洁空气行动计划对全球陆地和海洋Sb沉降通量的影响
本研究搭建全球Sb排放清单，运用GEOS-Chem模型，模拟 2013—2019 年全球陆地与海洋的Sb沉降通量。全球陆地年均Sb总沉降通量由 2013 年的 5.8 ± 5.4 μg/m2/yr 降至 2019 年的 4.4 ± 3.9 μg/m2/yr；海洋区域则由 4.9 ± 4.6 μg/m2/yr 下降至 3.6 ± 3.1 μg/m2/yr。空间分布上，中国Sb沉降降幅最为突出（−64 μg/m2/yr），其次为印度（−5 μg/m2/yr）与北美（−3 μg/m2/yr）。与之相反，撒哈拉以南非洲（SS）和俄罗斯在此期间的Sb沉降量小幅上升。海洋区域中，东亚近海Sb沉降下降最为明显，其中东海（ECS：−95 μg/m2/yr）、日本海（JS：−45 μg/m2/yr）降幅显著。为评估中国清洁空气行动计划的影响，本研究开展敏感性分析。结果显示，相关治理措施有效降低了东亚（尤其是近海海域）的Sb沉降，治理效益与减排强度呈正比；对于距离中国更远的区域，清洁空气行动仍可明显削减当地Sb沉降，但超出一定临界范围后管控效应会逐步减弱。上述研究结果表明，全球Sb污染治理需结合区域特征制定差异化管控策略（图2）。
图2 全球五种情景下各区域平均锑沉降通量。Base、Cut_20%、Cut_40%、Cut_60%、Cut_80% 分别对应中国锑排放量削减不同比例时各大区域的锑沉降通量。Chi、Ind、WE、NA、SA、SS、Rus、Aus 依次代表中国、印度、西欧、北美、南美洲、撒哈拉以南非洲、俄罗斯、澳大利亚。
成果三：全球Sb生物地球化学过程模拟及通量计算
本文综述系统整合了全球Sb生物地球化学循环，量化了天然通量与剧烈的人为扰动作用。天然Sb循环由岩石风化、大气天然释放（2.1 Gg・yr⁻¹）、自然沉降、陆地植被循环（约 5.64 Gg・yr⁻¹）以及河流向海洋输送（37.4 ± 7.8 Gg・yr⁻¹）共同驱动。海洋系统中，热液喷口每年输入约 3.5 ± 2.4 Gg・yr⁻¹ Sb，而Sb的输出途径为沉积物埋藏与大洋岩石圈俯冲。当前人为活动已主导Sb循环，贡献了全球约 72% 的大气Sb输入；人为Sb总排放量（7.6 Gg・yr⁻¹）相较天然排放本身增幅达 260%。采矿是最主要的扰动源，每年向河流释放约 48.68 Gg・yr⁻¹ Sb，同时在周边土壤累积约 66.8 Gg・yr⁻¹ Sb。城市污水排放、大气沉降经地表径流冲刷也会持续向水环境输入Sb。经估算，每年Sb向海洋总输入量约 43.5 Gg・yr⁻¹，略高于海洋输出量（约 40.5 Gg・yr⁻¹），证明人为活动造成全球Sb循环收支失衡。受排放因子数据匮乏、区域差异显著等因素限制，现有核算仍存在较大不确定性，亟需更高精度观测数据，为Sb资源可持续管控与污染防控策略制定提供支撑（图3）。
图3 全球Sb的生物地球化学循环通量估算与不确定性分析
文献列表
Yao Yuanzhi, Wang Feng, Xu Jipeng, Zeng Qisheng, Hou Lijun, Li Rui*. The Global Biogeochemical Cycle of Antimony. Global Biogeochemical Cycles, 2026, 40, e2025GB009056
Sun Wenwen, Li Rui*. Long-term variations of global antimony (Sb) deposition fluxes and their responses to China’s clean air actions. Journal of Hazardous Materials, 2025, 497, 139743.
Sun Wenwen, Li Zheng, Li Rui*. Modeling global atmospheric antimony (Sb) concentrations and depositions over the past two decades. Environmental Pollution, 2026, 128749.
作者简介
第一作者：姚远志，华东师范大学地理科学学院研究员。长期工作聚焦“流域-河口”建模与生物地球化学循环过程研究，在NCC、SA，IJGIS、GBC、EST等国际权威期刊发表SCI论文60篇，被引用5000余次。主持自然科学基金面上项目、和国家重点研发课题等国家级、省部级项目。与李睿研究员共同承担国家一流本科课程《计量地理学》教学工作，并担任地学一区期刊ESSD，The innovation，JMS等国际期刊担任编辑工作。
E-mail：yzyao@geo.ecnu.edu.cn
通讯作者：李睿，华东师范大学地理科学学院研究员。博士毕业于复旦大学，在清华大学地球系统科学系从事博士后研究，师从张强院士。长期从事大气成分数值模拟与环境效应评估方面的研究，在大气成分时空演化特征，生消机制及其环境效应方面取得系列创新成果。第一/通讯作者身份在GBC、EST、JGR、ACP、中国科学等领域权威期刊发表SCI论文40余篇，主持自然科学基金面上项目、青年基金（C类）和国家重点研发子课题等项目。
E-mail：rli@geo.ecnu.edu.cn
供稿：李睿
编辑：汤冬梅
审核：李睿、姚远志、王丛笑
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