追踪1990–2023年全球氧化亚氮足迹及其经济驱动因素

《Sustainable Production and Consumption》：Tracing global N 2O footprints and economic drivers 1990–2023

　　

摘要

一氧化二氮 (N₂O) 是一种长寿命温室气体 (GHG)，也是最主要的臭氧消耗物质，使其减排成为全球关键优先事项。然而，从消费角度长期来看 N₂O 排放的证据仍然有限。本研究从生产和消费两个角度评估了 1990–2023 年间 164 个经济体和 120 个部门的全球 N₂O 排放，并应用脱钩模型和源差异化结构分解分析 (SDA) 来考察 N₂O 排放与经济成长的脱钩情况以及经济驱动力。随着全球 N₂O 排放大幅增加，贸易中隐含的份额从 19.06% 上升至 28.82%，而南南贸易的份额从 17.16% 扩大到 36.31%，巴西与中国成为最大的双边流量。实现消费型排放强脱钩的经济体 (27 个) 少于生产型排放 (37 个)。需求增长对排放增加的贡献在各地区减弱并趋于收敛，而亚太是唯一一个排放强度的缓解贡献从?12.36% 增强到?18.94% 的地区。在主要发达经济体中，与发达经济体相关的中间投入结构和需求结构效应从增加转变为减少消费型 N₂O 排放，揭示了跨境减排溢出效应。2018 年后，中国畜牧业的需求结构效应是排放增长的最大贡献者，达 306.34 Gg。我们的研究结果为目标明确的气候缓解政策和国际合作提供了科学依据。

引言

气候变化已成为全球最紧迫的挑战之一，人为温室气体 (GHG) 排放是主要驱动因素 (UNEP, 2023)。一氧化二氮 (N₂O) 是继 CO₂ 和 CH₄ 之后第三大长寿命温室气体贡献者，其 100 年全球变暖潜能值比 CO₂ 高 273 倍，大气寿命约为 109 年 (IPCC, 2021)。2023 年，全球大气 N₂O 平均浓度达到 336.7 ppb，相当于工业化前水平的 125% (NOAA, 2024)。此外，尽管 N₂O 是一种主要的人为臭氧消耗物质，显著影响平流层臭氧层 (WMO, 2022)，它不受《蒙特利尔议定书》监管，并且在《巴黎协定》下缺乏专门的减排机制 (UNFCCC, 2015)。近年来，第 28 届联合国气候变化大会 (COP28) 通过了关于可持续农业、韧性粮食系统和气候行动的阿联酋 (UAE) 宣言 (UNFCCC, 2023)，且越来越多的国家已将 N₂O 纳入其气候承诺 (UNFCCC, 2025)。然而，由于 N₂O 排放难以监测和控制，有效缓解仍然具有挑战性。

全球人为 N₂O 排放增加了约 40% (1980–2020)，农业约占总数量的 74%。在农业部门内，化肥和粪肥施用导致的直接土壤排放是最大来源，2020 年达到约 2.1 Tg N yr^?1，其次是牧场上留下的粪肥和粪肥管理产生的排放，总计 1.66 Tg N yr^?1 (Tian et al., 2024)。其他来源包括工业过程、燃料燃烧和废水管理 (UNEP, 2024)。随着农业中土壤调理剂使用范围的扩大 (Shcherbak et al., 2014) 以及预计的食品需求和耕地面积增加 (Xiao et al., 2025)，N₂O 减排正变得越来越复杂和紧迫。因此，大量研究考察了 N₂O 排放趋势、源组成和潜在机制。例如，已在多个尺度编制了排放清单，涵盖全球 (Thai et al., 2026; Thompson et al., 2019)、大洲 (Petrescu et al., 2023)、国家 (Chen et al., 2025a) 和次国家层面 (dos Reis Martins et al., 2024; Li et al., 2025a)。此外，来自联合国粮农组织 (FAO) 和全球大气研究排放数据库 (EDGAR) 的最新 N₂O 排放时间序列清单也可获得 (FAO, 2025; EDGAR, 2025)。在部门层面，存在针对土壤管理 (Francisco-Cruz et al., 2024; Lugato et al., 2018)、畜牧业 (Du et al., 2024)、工业过程 (Mir et al., 2020) 和其他来源的专门清单。此外，进一步研究探讨了 N₂O 排放机制 (Yang et al., 2025; Zhu et al., 2025)、影响因素 (Chen et al., 2025b; Mai et al., 2025) 和减排潜力 (Grados et al., 2022)，特别关注农业排放 (Li et al., 2025b)。然而，大多数研究专注于生产型排放 (PBE) 核算，这将 N₂O 排放分配至实际产生的地方。随着全球价值链的不断深化，仅依赖生产角度可能无法充分反映不同经济体的排放责任。

因此，基于消费的核算对于追溯国际贸易中隐含的 N₂O 排放至关重要，从而揭示消费驱动力及相关排放责任。环境扩展多区域投入产出 (EEMRIO) 模型为基于消费的排放 (CBE) 分析提供了方法论基础，这在 CO₂ 和 CH₄ 研究中已很成熟 (Wang et al., 2022; Zhong et al., 2018; Shan et al., 2025)。相比之下，关于 N₂O CBE 的研究仍然有限，现有研究主要关注单一年份或相对较早的时期。例如，2010 年的国家氮足迹被量化，发现发展中国家的足迹远低于发达国家 (Oita et al., 2016)，而 2014 年的全球 N₂O 排放和贸易网络也得到了调查 (Liu et al., 2023)。尽管 Malik 等人 (2022) 分解了 1997–2017 年间全球四种活性氮损失的变化和驱动力，但他们的国家和区域层面的分析主要仍以总活性氮排放为中心。同样，主要国家的 CH₄ 和 N₂O 足迹在 1990–2012 年间得到了进一步量化，但这些足迹背后的驱动力没有进行深入分析 (Tian et al., 2019)。更广泛地说，一些研究使用高度聚合的核算框架，对 N₂O 的独特特征提供有限的见解，而其他研究则未充分深入考察排放变化的驱动力。这使得全球 N₂O 足迹的长期趋势、贸易转移和驱动力尚不清楚。此外，结构分解分析 (SDA) 是一种广泛用于识别 CBE 变化驱动力的方法，现有研究已从总体角度考察了排放强度、技术关联、人均需求和人口规模等关键因素 (Shan et al., 2025; Sun et al., 2022a; Wang et al., 2024a)。然而，SDA 在 N₂O 排放中的应用仍然有限，传统方法难以识别国际贸易中各因素从不同地区贡献的程度。

为弥补这一差距，本研究利用 EEMRIO 模型中的全球资源投入产出评估 (GLORIA) 投入产出数据集，量化 1990 年至 2023 年间全球 N₂O 排放足迹及贸易模式的演变。GLORIA 涵盖 164 个经济体，采用 120 个部门的标准化分类，并提供连续年度 MRIO 时间序列。此外，我们从生产和消费两个角度分析了 N₂O 排放与经济成长的脱钩情况，并应用 SDA 识别过去二十年 (2003?2023) CBE 变化的关键驱动力。具体而言，扩展了 SDA 方法，将这些驱动因素分解为国内、发达经济体和发展中经济体组成部分，从而能够考察各国群体对隐含 N₂O 排放的异质效应。此外，还分析了 N₂O CBE 驱动力的部门差异及其潜在原因。本研究提供了有力证据，以支持差异化的全球 N₂O 缓解策略和目标明确的跨国合作。

章节摘要

方法

本研究将 GLORIA 060 版 MRIO 表与由 GLORIA 的 EDGAR 一致非农业账户和 FAOSTAT 农业排放数据构建的混合 N₂O 环境扩展相结合。首先应用 EEMRIO 模型量化基于生产和消费的 N₂O 排放以及国际贸易中隐含的排放。然后使用 Tapio 脱钩指数评估 N₂O 排放与经济成长的脱钩情况。最后，采用源差异化 SDA 来

全球 N₂O 排放足迹及其特征

全球 N₂O 排放从 1990 年的 7515.92 Gg 增加到 2023 年的 10,420.51 Gg，表明存在明显的长期上升趋势。1990 年至 1996 年间，排放由发达经济体主导，年均增长率为 1.29%。1997 年《京都议定书》签署后 (UNFCCC, 1997)，发达经济体加强了对非 CO₂ 温室气体排放的控制。因此，全球 N₂O 排放增长明显放缓，期间的年均增长率降至 0.04%

讨论

作为长寿命温室气体和关键臭氧消耗物质的 N₂O 缓解已成为全球气候治理的紧迫优先事项。全球足迹增加了 38.65%，消费中心向亚太地区转移。国际贸易中隐含的全球 N₂O 排放份额从 19.06% 上升至 28.82%，而贸易隐含排放的南南份额增加了一倍以上。只有 21 个经济体在...下实现了与经济增长的强脱钩

结论

1990 年至 2023 年间，全球 N₂O 足迹增加了 38.65%，亚太超过了发达经济体成为全球 CBE 的最大区域贡献者。农业仍然是全球 N₂O 排放的主要来源，直接排放主要来自合成氮肥的使用、土壤有机氮投入和粪肥管理。同期，国际贸易中隐含的全球 N₂O 排放份额从 19.06% 上升至 28.82%，而

CRediT 作者贡献声明

Xu Tian：撰写 - 初稿，可视化，软件，方法论，资金获取，数据整理。Yunan Peng：撰写 - 审阅与编辑，验证，监督，资金获取。Xinyang Zhang：软件，方法论，数据整理。Shengzhong Huang：资源，正式分析，构思。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。

致谢

作者感谢中国国家自然科学基金（项目编号72374175和72394405）、上海城市设计与城市科学重点实验室、自然资源保卫委员会(NRDC) 以及中央高校基本科研业务费（中国矿业大学 (北京) 博士研究生顶尖创新人才基金）（编号BBJ2025079）提供的支持。

Xu Tian|Yunan Peng|Xinyang Zhang|Shengzhong Huang

中国矿业大学 (北京) 管理学院，北京，100083，中国