两个污染钢铁厂场地修复的环境足迹：生命周期评估与修复后碳预算情景的整合

《Journal of Cleaner Production》：Environmental footprint of remediation in two contaminated steel plant sites: Integrating life cycle assessment with post-remediation carbon-budget scenarios

　　

摘要

受污染工业场地的修复可能产生可观的即时环境负担，而修复后的生态再开发则可带来延迟的碳汇效益。然而，生态再开发在多大程度上能够偿还工程密集型修复所产生的前期碳债务，目前仍缺乏充分的表征，尤其是在大型钢铁厂遗留场地方面。为弥补这一研究空白，本研究将生命周期评估（LCA）与项目级净生态系统碳收支（NECB）框架相结合，对中国两处退役钢铁厂场地进行了研究——一处位于北京（场地1），另一处位于浙江（场地2）。LCA以1 m³修复后土壤为功能单位，在协调统一的核心边界内进行，涵盖物质与能源输入、交通运输、修复作业及废物处理，其中前景清单数据来源于场地/项目记录，背景数据采用Ecoinvent 3.1.0数据库。修复过程在场地1产生了21,226 t CO₂-eq，在场地2产生了73,849 t CO₂-eq，两者差异主要反映了修复规模的差异。在技术层面，环境影响存在显著差异，主要受能源消耗、交通运输及技术特定材料投入的驱动。在参考情景下，假设对场地70%面积进行造林，本地可行的林种在100年后可补偿场地1初始碳债务的37.3%–39.6%，而理论上限的常绿阔叶林可达60.2%。场地2的相应补偿比例为11.9%–20.0%，且所有模拟林种在100年内均未能完全偿还项目碳债务。预测补偿量受可用土地面积以及森林生产力-异养呼吸耦合假设的强烈影响，而造林-建立阶段排放的影响较小。因此，造林可以为修复阶段碳债务提供部分长期补偿，但无法替代修复过程中直接的减排措施。将修复阶段的环境评估与修复后的碳核算相结合，为协调低碳修复与工业遗留场地的生态再开发提供了基于生命周期的依据。

引言

受污染工业场地是快速城市化和产业结构调整遗留的全球性持久问题，对人类健康和生态系统完整性构成重大风险（Li et al., 2017）。这一挑战在中国尤为突出，因为快速的工业化、城市扩张以及随后的产业结构调整导致大量污染企业关闭或搬迁，遗留了大量需要进行环境调查和修复的城市工业遗留场地（Sun et al., 2022; Zhang et al., 2022）。其中，退役钢铁制造场地因其巨大的空间占用、以重金属和有机化合物共存的复杂污染特征以及位于城市战略位置且具有高度再开发潜力而具有至关重要的意义（Hou et al., 2023b; Sun et al., 2024）。

虽然修复对于风险缓释和土地再生至关重要，但该过程本身也可能产生大量的二次环境负担（Li et al., 2024a; Sang et al., 2026）。能源和资源密集型技术，如热脱附和水泥窑协同处置（CKP），需要大量的燃料、电力和原材料投入，并伴随着广泛的交通运输。这些活动会引发显著的温室气体（GHG）排放、大气污染物释放和资源耗竭（Liang et al., 2023; Vocciante et al., 2021）。对于大规模工业遗留场地，这些二次影响往往因土壤处理量大以及需要密集的工程干预而被放大。然而，受污染场地的环境管理绩效不应孤立评估；修复后土地利用的长期生态结果可以改变场地管理的长期环境结果（Hou et al., 2023a）。在中国，越来越多的工业遗留场地正作为国家城市更新计划的一部分被改造为城市公园和生态景观（Cai et al., 2025）。例如，四川一个0.52 km²的炼油厂场地正在被改建为公共公园，评估表明其产生高社会效益的概率为71%（Jia et al., 2025）。此类再开发可能产生重要的生态、社会和经济协同效益，包括景观质量改善、碳封存、生物多样性提升、社区福祉改善和当地经济发展（Han et al., 2025; Ning et al., 2021; US EPA, 2025）。在中国2060年碳中和目标的框架下，此类再开发还可能补偿修复过程中产生的部分碳债务（Li et al., 2025）。因此，场地管理评估需要将即时的修复负担与延迟的生态效益联系起来。

绿色可持续修复（GSR）为从环境、社会和经济维度考量清理工作提供了决策框架（Hou and Al-Tabbaa, 2014）。各种工具已涌现以支持GSR，包括多准则决策分析（MCDA）（An et al., 2017）、成本效益分析（CBA）（Yang et al., 2023）和生命周期评估（LCA）（Hellweg and Milà i Canals, 2014）。虽然MCDA和CBA为利益相关者优先级提供了有价值的见解，但它们通常依赖主观赋权或货币化，这可能限制其客观性（Rowley et al., 2012; Yang et al., 2023）。相比之下，LCA提供了一个系统的、基于科学的框架，以评估整个修复链中的能源消耗和排放（Jin et al., 2021）。Vigil等（2015）利用对比LCA对西班牙一处受邻近钢铁厂排放影响的铅污染场地进行了研究，结果表明采用生物量增值的植物修复比不进行增值的处置方式环境表现显著更优。该案例表明，LCA能够有效捕捉钢铁相关污染背景下替代修复和处理途径之间的环境权衡。

然而，传统的修复LCA通常终止于清理完成之时，对修复后土地利用变化带来的数十年级生态效益提供有限的见解（Hou et al., 2014）。近期的研究开始通过将在基于自然的遗留场地再开发评估中纳入生态系统服务评估来应对这一局限（Alshehri et al., 2023）。Li等（2025）进一步将LCA与净生态系统碳收支（NECB）评估相结合，针对一处石化遗留场地进行了研究，其中基于自然的修复和再开发途径显著降低了修复阶段排放，而随后的森林碳吸收可以补偿剩余的碳负担。然而，对于工程密集型修复组合所产生的大量前期碳债务，修复后生态再开发是否能够有意义地予以补偿，这一问题的研究仍未解决。这一问题对于退役钢铁厂遗留场地尤为相关，因为这些场地可能涉及大量处理量、有机和金属混合污染以及能源和材料密集型修复技术（Hou et al., 2023b; Liang et al., 2023; Sun et al., 2024）。此外，在不同场地特定修复系统之间，关于通过修复后生态再开发进行碳债务补偿的幅度、时间尺度和不确定性的比较证据仍然有限。

为弥补上述研究空白，本研究将LCA与项目级NECB评估框架相结合，针对中国两处退役钢铁厂遗留场地进行了研究。具体目标为：（1）在统一的LCA框架下量化并比较两种对比场地特定修复系统的场地级和技术级环境影响，以及（2）模拟长期造林驱动的碳轨迹，并量化30年、50年和100年后项目碳债务的补偿比例。通过将修复阶段的环境负担与修复后的碳吸收在两个对比的钢铁厂案例中进行关联，本研究提供了在不同修复特征和生态系统恢复条件下，长期碳债务补偿的程度和时间尺度的比较证据。

章节摘要

场地描述

本研究聚焦于位于中国北京市和浙江省的两处退役钢铁厂场地（图S1），分别称为场地1和场地2。两处场地均拥有涉及焦化与炼钢运营的悠久工业历史，这导致了重金属和有机化合物的严重土壤污染（表1）。在场地1于2010年和场地2于2015年关闭后，进行了全面的环境场地调查以支持其未来

基于LCA的两处场地修复环境影响

LCIA结果显示，场地1和场地2的两种场地特定修复系统之间存在环境负担差异。图2展示了三类损害类别——人体健康、生态系统质量和资源耗竭——的总量和单位体积终点影响。在总影响方面，场地2的修复活动在各类别中产生的环境负荷均显著高于场地1。场地2的人体健康损害总量

整合修复与再开发的重要性

受污染工业用地的修复传统上主要依据风险降低、法规合规性和经济成本进行评估（Deng et al., 2024; Li et al., 2024a; Sang et al., 2026）。然而，本研究结果表明，修复会施加可观的环境负担。在两个退役钢铁厂场地中，生命周期温室气体排放量在场地1达到约21,200 t CO₂-eq，在场地2达到约73,800 t CO₂-eq。这些结果表明，环境负担

结论

本研究将LCA与基于NECB的项目级碳收支框架相结合，将土壤修复的即时环境负担与修复后造林条件下的延迟碳吸收联系起来。两种场地特定修复系统在场地1和场地2分别产生了约21,200和73,800 t CO₂-eq。其环境特征由修复规模和技术特定的过程强度共同决定，其中热能主导了ISTD

作者贡献声明

桑春辉：撰写—原始草稿，可视化，方法学，调查研究，正式分析，概念化。张洪镇：撰写—审阅与编辑，监督指导，资源，数据整理。黄雨婷：撰写—审阅与编辑，资源，方法学，数据整理。董靖琦：撰写—审阅与编辑，资源，数据整理。杨心彤：撰写—审阅与编辑，资源，数据整理。李香岚：撰写—审阅与编辑，监督指导，经费获取，

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究由国家重点研发计划（编号：2022YFC3703300）资助。

桑春辉|张洪镇|黄雨婷|董靖琦|杨心彤|李香岚