地球環境研究所通過樹輪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，因此協同控制碳排放與空氣污染，能夠產生顯著的環境與氣候效益。然而，要充分發揮減污降碳的協同效應，需要建立可靠的指標體系并開展長期觀測，以實現對治理進程的客觀跟蹤及政策效力的科學評估。長期以來，研究多依賴統計的排放清單，直接觀測證據仍然有限。放射性碳同位素（14C）分析提供了一種強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，并忠實記錄其中的14C含量，為追溯城市碳排放動態提供了獨特視角。

中國科學院地球環境研究所牛振川研究員及其團隊通過對北京和西安樹輪14C分析，重建了2000至2021年CO2ff濃度序列。結合同期的細顆粒物（PM2.5）、黑碳（BC）及一氧化碳（CO）監測數據，研究發現：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；自2013年系列清潔空氣行動計劃實施后，均出現明顯下降（圖1，2）。研究提出并利用PM2.5/CO2ff比值（即單位碳排放對應的污染物強度）作為衡量指標，結果顯示，2013至2021年間，該強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提升。進一步通過BC/CO2ff與ΔCO/CO2ff比值評估燃燒效率變化，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）。這些結果有力證實，我國在空氣污染治理和提升燃燒效率方面取得了實質性進展。

本研究為空氣質量與碳排放對相關政策的協同響應提供了獨立的長期觀測證據，突顯了樹輪14C在評估城市排放動態及政策有效性中的科學價值。此外，該方法框架可推廣至其他城市，為構建科學的協同減排路徑提供堅實的數據支撐與決策依據。

該成果近期發表于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基金項目（42330114、42173082）和陜西省自然科學基礎研究計劃（2024JC-JCQN-34）的聯合資助。

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排放量和能源消費的變化趨勢。

圖2：不同政策階段CO2ff與PM2.5的關聯性分析

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。