地球環(huán)境研究所通過樹輪14C揭示城市減污降碳成效

溫室氣體與大氣污染物高度同源，均主要來源于化石燃料燃燒，因此協(xié)同控制碳排放與空氣污染，能夠產(chǎn)生顯著的環(huán)境與氣候效益。然而，要充分發(fā)揮減污降碳的協(xié)同效應(yīng)，需要建立可靠的指標(biāo)體系并開展長(zhǎng)期觀測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)治理進(jìn)程的客觀跟蹤及政策效力的科學(xué)評(píng)估。長(zhǎng)期以來，研究多依賴統(tǒng)計(jì)的排放清單，直接觀測(cè)證據(jù)仍然有限。放射性碳同位素（14C）分析提供了一種強(qiáng)有力的方法來量化大氣中的化石源CO2（CO2ff）。樹木通過光合作用吸收大氣中的CO2，并忠實(shí)記錄其中的14C含量，為追溯城市碳排放動(dòng)態(tài)提供了獨(dú)特視角。

中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所牛振川研究員及其團(tuán)隊(duì)通過對(duì)北京和西安樹輪14C分析，重建了2000至2021年CO2ff濃度序列。結(jié)合同期的細(xì)顆粒物（PM2.5）、黑碳（BC）及一氧化碳（CO）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)：在2000至2010年代初，兩地CO2ff濃度與大氣污染物呈同步上升趨勢(shì)；自2013年系列清潔空氣行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施后，均出現(xiàn)明顯下降（圖1，2）。研究提出并利用PM2.5/CO2ff比值（即單位碳排放對(duì)應(yīng)的污染物強(qiáng)度）作為衡量指標(biāo)，結(jié)果顯示，2013至2021年間，該強(qiáng)度在北京和西安分別下降了58 ± 25%和36 ± 21%（圖1），反映空氣污染控制效果的持續(xù)提升。進(jìn)一步通過BC/CO2ff與ΔCO/CO2ff比值評(píng)估燃燒效率變化，顯示兩地燃燒效率在2013年后顯著改善：北京兩個(gè)比值分別下降54 ± 19%和44 ± 19%，西安下降幅度分別為56 ± 10%和65 ± 24%（圖3，4）。這些結(jié)果有力證實(shí)，我國在空氣污染治理和提升燃燒效率方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

本研究為空氣質(zhì)量與碳排放對(duì)相關(guān)政策的協(xié)同響應(yīng)提供了獨(dú)立的長(zhǎng)期觀測(cè)證據(jù)，突顯了樹輪14C在評(píng)估城市排放動(dòng)態(tài)及政策有效性中的科學(xué)價(jià)值。此外，該方法框架可推廣至其他城市，為構(gòu)建科學(xué)的協(xié)同減排路徑提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐與決策依據(jù)。

該成果近期發(fā)表于Communications Earth & Environment。屈垚博士研究生為第一作者，牛振川研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42330114、42173082）和陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（2024JC-JCQN-34）的聯(lián)合資助。

Qu Y, Niu Z, Zhou W, Huang Y, Wang S, Feng X, Zhang G, Lu X, Turnbull J C, Kong X. Synergistic reductions in fine particles and fossil fuel carbon dioxide revealed by tree-ring radiocarbon analysis. Communications Earth & Environment (2026) https://doi.org/10.1038/s43247-026-03439-6.

圖1：2000–2021年CO2ff、PM2.5濃度、CO2排放量和能源消費(fèi)的變化趨勢(shì)。

圖2：不同政策階段CO2ff與PM2.5的關(guān)聯(lián)性分析

圖3：2000–2021年BC與CO2ff的濃度及其比值變化。

圖4：2013–2021年ΔCO與CO2ff的濃度及其比值變化。