《Resources Chemicals and Materials》：Managing solid waste to co-control carbon and nitrogen leakage in China
编辑推荐：
碳氮协同减排潜力及成本效益分析|固体废物处理|循环经济|城市差异化治理|环境外部性
徐欣|詹静芳|陈天润|张秀明|邹一阳|顾宝静
浙江大学土壤污染控制与安全国家重点实验室，中国杭州310058
摘要
固体废物的处理会释放大量的碳和氮，对空气质量、水生生态系统和气候产生负面影响。然而，该领域中碳和氮的耦合循环仍不够清楚。本研究建立了1980年至2023年中国固体废物行业的综合碳氮预算。在此期间，大气碳排放量增加了3.6倍，2023年达到3400万吨（Tg C yr-1），而氮的损失在2005年达到峰值1.4 Tg N yr-1，随后开始下降。到2060年，通过优化的协同控制策略，碳泄漏可减少87%（30.2 Tg C yr-1），氮泄漏减少96%（0.9 Tg N yr-1），从而产生346亿美元的净社会效益。源头减排策略，特别是废物回收计划和按量收费制度，是最具成本效益的缓解措施。这些发现强调了固体废物管理在促进循环经济和实现可持续发展中的关键作用。
引言
近几十年来，全球固体废物的产生量激增，给城市管理带来了严峻挑战（Kaza等人，2018年）。预计到2050年，全球废物产量将达到39亿吨，而2020年为22亿吨（Chen等人，2020a年）。这些废物中的碳大部分进入处理系统，处理方式决定了它们是作为温室气体（GHGs）释放还是被储存在陆地汇中（Chen等人，2020b年）。此外，垃圾填埋场和焚烧炉等固体废物处理设施也是活性氮（Nr）污染的主要来源，会释放氨（NH3）、氮氧化物（NOx）和氮渗漏，危害大气和水生环境（Luo等人，2020年）。固体废物管理已成为一个重要的全球环境问题，体现在《科伦坡宣言》（Somasundaram等人，2019年）、《全球甲烷承诺》（Malley等人，2023年）和碳中和目标（Wang等人，2021年）等国际倡议中。这些倡议与联合国的四个可持续发展目标（SDGs）相一致，特别是那些关注气候行动、水质、城市管理和可持续消费的目标（Roy等人，2023年）。因此，制定该领域碳氮泄漏协同控制的路线图对于推进全球可持续发展至关重要。
中国由于快速工业化和城市化，成为世界上固体废物产生量最大的国家，面临着复杂的废物管理挑战（Kaza S等人，2018年）。近年来，中国在规范固体废物管理方面取得了显著进展，从无管理的处置方式发展到卫生填埋场，最近又发展到先进的焚烧技术（Guo等人，2021年）。到2020年，62%的城市生活垃圾通过焚烧处理，33%通过卫生填埋处理，而71%的农村生活垃圾仍主要依赖传统填埋方式（NBSC，2024年）。虽然这种转变缓解了城市地区的“废物围城”问题，但也引入了与碳和氮泄漏相关的环境和公共卫生风险（Wei等人，2022年；Zhang等人，2024b年）。同时，中国的垃圾回收率仍低于20%，落后于许多经合组织（OECD）国家，如韩国（56%）、德国（47%）和奥地利（40%）（Ding等人，2021年；OECD，2024年），表明固体废物管理仍有很大的改进空间。
中国的双重碳目标及《污染减排与碳排放协同实施计划》都将固体废物作为减排的关键领域（MEE，2022年）。尽管现有研究广泛探讨了国家、省级和城市层面固体废物处理的碳减排潜力（Han等人，2024年；Kang等人，2022年；Liu等人，2025年；Liu和Wang，2023年），但关于氮流的研究仍然不足，通常仅关注农业或食物废物（Niu等人，2022年；Xue等人，2021年）。此外，很少有研究评估整个处理过程中碳和氮排放的协同减排效果（Fu等人，2025年；Tang等人，2023年）。因此，大多数缓解评估和提出的策略都针对单一污染物或孤立的处理过程，忽略了综合碳氮管理的协同效益（Xu等人，2025a）。
为解决这些不足，本研究建立了中国固体废物行业的综合碳氮预算，并提出了一个通用的评估框架。首先，我们使用耦合人类与自然系统（CHANS）模型量化了1980年至2023年的碳氮流动，涵盖了固体废物的产生、处理途径和最终排放。与以往分析有限或碎片化的研究相比，这种方法提供了更全面的碳氮通量记录。其次，通过系统文献回顾和数据整合，我们确定了关键的协同控制机制并制定了缓解措施，强调了多污染物减排策略和更广泛的社会影响。最后，我们在城市层面进行了自下而上的协同控制潜力、成本和效益评估，考虑了区域社会经济和管理差异。本研究通过提供详细的城市级评估和协同控制策略，为中国的循环经济转型及其更广泛的气候和环境目标做出了贡献。
文献综述
了解固体废物系统中的碳氮流动对于制定有效的缓解策略至关重要（Wen等人，2018年；Zhang等人，2024a年）。已有大量研究在全球和区域尺度上探讨了固体废物处理的温室气体排放（Hoy等人，2023年；Oo等人，2024年）。在中国，采用了多种方法来量化不同空间尺度上的温室气体排放，包括现场调查和填埋场甲烷的点源测量
建模框架
为了追踪物质流动并确定该系统中碳和氮的命运，我们使用CHANS-碳氮循环（CHANS-CN）模型构建了1980年至2023年的碳氮预算（Gu等人，2015年；Xu等人，2025a年）。该模型量化了人类-自然界面处16个相互关联子系统之间的相互作用，有助于识别区域碳氮来源、内部转移和最终汇（图S1）。此外，CHANS-CN
碳氮循环
基于全面的碳氮预算，我们分析了中国固体废物行业中碳氮流的输入-处置-输出路径（图1）。从1980年到2023年，随着中国人口和城市化水平的持续上升，从城市和农村家庭收集的固体废物总量分别增加了8.1倍和1.2倍。与此同时，工业废物处理量增加了14.6倍（图S4）。在此期间，碳和氮的输入量
结论
本研究提供了一个关于中国固体废物行业碳氮泄漏管理的综合框架，揭示了历史上的时空模式以及不同缓解策略的协同控制潜力。结果显示，由于快速的城市化和工业化，1980年至2023年间，固体废物的总产生量及其所含的碳和氮增加了五倍以上。在此期间，碳泄漏呈上升趋势，大气中的
CRediT作者贡献声明
徐欣：写作 – 审稿与编辑，撰写初稿，可视化，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。詹静芳：写作 – 审稿与编辑，撰写初稿，可视化，方法论，调查，正式分析，数据管理。陈天润：验证，软件，数据管理。张秀明：写作 – 审稿与编辑，验证，方法论，正式分析。邹一阳：写作 – 审稿与编辑，方法论，
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（42261144001和U24A20575）的支持。
