垃圾填埋场年固碳量占中国陆地生态系统碳汇的6%-9%

《Cell Reports Sustainability》：Annual carbon retained in landfills equals 6%–9% of China’s terrestrial ecosystem carbon sink

　　

论文摘要专业翻译 垃圾填埋场是人类消耗材料中大部分碳的最终归宿，然而，分解后残留的长寿命碳库在气候核算中并未被追踪。本研究识别了垃圾填埋场中惰性碳库尚未被发掘的潜力。基于对中国1955个填埋场的自下而上的清单调查，研究人员量化了1990年至2020年间累计的惰性碳储量为476.9 ± 52.3 Tg C，其驱动力来自化石碳留存（36.0%）、矿物碳酸化（mineral carbonation）（33.5%）和腐殖质稳定化（humus stabilization）（30.5%），每年留存的碳相当于中国陆地碳汇的8.3 ± 1.7%。研究人员修订的可降解有机碳分解比例（DOCf）显示，相对于IPCC默认值，生物源碳封存量被低估了26.5%，并且提出的50年评估终点将库存波动不确定性从22.9%–72.2%降低到0.2%–1.6%。将开挖与原地保存相结合，可减缓3097.5 ± 127.7 Tg CO2当量的排放，使年净通量由正转负（-58.7 Tg CO2当量/年）。这些发现为核算和认证用于负排放的惰性碳储存提供了可推广的基础。

论文解读文章

研究背景与科学问题

在全球致力于实现碳中和及1.5°C温控目标的背景下，碳封存被视为弥合碳排放与净零目标之间差距的关键途径。废弃物部门通常被认为是污染物和温室气体的主要来源。然而，全球约63%的废弃物被填埋处理，其中蕴含的碳经过生物地球化学转化后，绝大部分（约70.8%）会以腐殖化残渣、聚合物和碱性固废碳化产物等形式长期留存于填埋场中，形成具有数十年至数千年周转时间的惰性碳库。尽管这一碳库规模巨大且持久，但其在现有气候评估体系中却是一个“盲点”。当前的IPCC一阶衰减（FOD）模型因采用默认的可降解有机碳分解比例（DOC_f）参数，系统性地低估了长期碳储量，且忽略了无机材料通过矿物碳酸化作用实现的碳封存。此外，针对这一庞大碳库的管理策略也存在争议，例如填埋场开挖会释放封存的碳，而工程手段则可能增强碳储存。因此，亟需建立高分辨率、场地级别的模型框架，以精确量化填埋场惰性碳库的规模及其在气候变化中的角色。

研究方法概述

为开展此项研究，研究人员首先构建了一个包含中国1955个大型或中型工程填埋场运营数据的数据库，并收集了55个城市的垃圾组分数据。在此基础上，建立了一个涵盖固-液-气三相的碳转化整体模型，并引入了一个基于351组文献数据重建的、涵盖21种废物类别的修订版DOC_f参数体系。研究中还整合了碱性固废（如高炉矿渣、燃煤灰渣和建筑垃圾）的碳酸化碳封存量计算。最后，通过设置五种情景（基准情景、一切照旧情景、低碳情景、强化腐殖化情景和强化稳定化情景）来模拟不同管理路径下的温室气体减排潜力。

研究结果

1. 填埋场末端碳库的时空格局

研究发现，截至2020年，中国填埋场累计碳储量达到476.9 ± 52.3 Tg C，年固碳速率从1990年的1.3 Tg C/年增长至2020年的22.6 Tg C/年，占中国陆地生态系统年碳汇能力的4.6%至8.3%。碳储量呈现显著的区域差异，东部、南部和北部沿海地区是热点区域。碳库构成中，生物源碳、化石源碳和无机碳分别约占30.5%、36.0%和33.5%。时间尺度分析表明，将评估期设定为50年是优化选择，此时碳储量波动仅为0.2%–1.6%。

2. 固-液-气三相分布与稳定化动态

对于不同废物类型，碳在气相、液相和固相中的分配因子差异巨大。食物垃圾是气体和液体相碳的主要贡献者，而木质纤维素类废物（如纸张、木材）因其木质素含量高，碳损失较小。敏感性分析显示，DOC_f是影响长期碳储量的最关键参数。在15年的预稳定化过程中，有机碳逐渐从活性态转化为稳定的腐殖质态，其中胡敏素（humin）占稳定有机质的88.3%–94%。

3. 机理性的DOC_f重新校准修正了系统性偏差

研究人员修订后的DOC_f值在21种废物类别中的16种低于IPCC默认值，表明IPCC默认值系统性地高估了碳排放，从而低估了碳封存量。应用修订参数后，结果显示IPCC默认值将生物源碳封存量低估了26.5%。误差分析进一步证实，修订后的DOC_f在110项测试中的74项中更接近实测值，平均相对误差（20.1%）远低于IPCC默认值的39.5%。

4. 填埋场碳负排放转型路径的情景模拟

通过构建五种情景模拟2020年至2050年的发展路径，研究发现：

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  基准情景：不采取任何措施，甲烷无组织排放使其成为气候危害最大的选项。
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  一切照旧情景（BAU）：通过资源回收可实现部分减排，但开挖导致不可逆的碳损失。
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  低碳情景（LC）：在BAU基础上叠加阶段性的原位碳保存措施（如渗滤液回灌、生物能源碳捕获与封存等），可将生物源碳库恢复至166.8 Tg C，并使系统在2020-2050年间维持年均-58.7 Tg CO₂当量的净负排放。
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  强化腐殖化情景（EH）：通过加速有机物矿化促进腐殖质积累，但生命周期净减排效果低于LC情景。
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  强化稳定化情景（ES）：通过盐助稳定化将生物源碳储量推至物理上限275.5 Tg C，但由于上游环境影响（如氯化钙运输和隔离层维护），其全生命周期的减排效益仅为LC情景的32.4%。

讨论与结论

本研究的讨论部分指出，填埋场巨大的惰性碳库是全球气候核算中的一个关键盲点。研究通过高分辨率现场观测解决了DOC_f的系统性偏差，并揭示了短期评估窗口（<25年）会高估碳储量达22.9%–72.2%，同时低估甲烷责任。为此，研究人员建议将惰性碳库的计算锚定在50年的时间框架上。

在五种情景中，低碳情景（LC）最接近近期部署的可能。然而，其可行性受制于能量、实践、监管和经济障碍。例如，钢渣碳酸化和盐助稳定化等干预措施本身也伴随着能量消耗和碳排放。这些主动保存干预措施的气候价值在于延长碳的驻留时间，而非永久封存，但这在当前的国家温室气体清单（NGHGI）和IPCC方法学中缺乏相应的“移除”报告类别，使得相关碳信用难以认证。对于化石碳组分，考虑到塑料的回收现状和电网脱碳趋势，原位保留比开挖焚烧更为可取，但这只是一个过渡方案，最终仍需依赖成熟的回收技术和配备碳捕集与封存的焚烧设施。

研究结论总结：本研究基于对中国1955个填埋场的详细清单调查，量化了1990年至2020年间累积的惰性碳储量为476.9 ± 52.3 Tg C，主要由化石碳留存、矿物碳酸化和腐殖质稳定化驱动。研究发现，IPCC默认的DOC_f值将生物源碳封存量低估了26.5%，并提出了一个50年的评估终点以大幅降低库存波动的不确定性。情景分析表明，将填埋场开挖与原位碳保存相结合的策略能够使系统的年净温室气体通量由正转负，实现显著的负排放潜力。这些发现为改进垃圾填埋场碳核算方法并将其纳入国家温室气体清单提供了科学依据。