《Global and Planetary Change》：Century-long socioeconomic-air pollution transitions revealed by lake sediments in Northeast China
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长期大气污染与经济发展的耦合关系研究：基于黄土高原硅藻湖沉积记录的量化分析显示，经济规模扩张与化石燃料燃烧污染呈显著正相关，但通过技术进步与能源结构优化实现脱钩，人均GDP达1.15万-1.33万元（2015价）时进入环境库兹涅茨曲线拐点。采用LMDI分解法证实，经济增长贡献污染245倍，人口增长30倍，而能效提升和排放强度下降分别抵消131倍和117倍污染效应。研究为工业地区可持续发展提供了地质档案支撑的决策依据。
唐雅岚|韩永明|王一辰|严东娜|孙少林|王启源|雷德文|彭浩|姚鹏|刘泽宇|乌尔丽克·杜塞克
中国科学院地球环境研究所黄土科学国家重点实验室，中国西安710061
摘要
理解空气污染与社会经济发展之间的长期相互作用对于评估可持续发展转型至关重要，但其长期动态仍知之甚少。大多数现有研究依赖于静态指标，缺乏连续的环境记录，这限制了对非线性转变和阈值效应的检测。通过将来自四海龙湾玛珥湖121年沉积物岩心的燃烧产物污染物（多环芳烃、球形碳质颗粒物及其化石成分）记录与历史社会经济数据相结合，本研究构建了一个耦合指数，以表征大气-社会经济联系的时间演变，并利用对数平均迪维西亚指数分解法量化了关键驱动因素对历史污染趋势的相对贡献。研究结果表明，在21世纪初，两者之间的耦合关系开始减弱，燃烧产物污染的环境库兹涅茨曲线转折点出现在人均GDP约为11,500至13,320元人民币（按2015年不变价格计算）时。分解分析显示，从1900年到2021年，经济增长使空气污染水平增加了245倍，人口增长使污染水平增加了30倍，而能源强度和排放强度的控制措施分别使污染水平减少了131倍和117倍。这项工作强调了地质档案在追踪人类-环境共同演化方面的潜力，为解决工业地区的可持续发展困境提供了见解。
引言
平衡经济增长与环境可持续性是当今最紧迫的挑战之一（联合国大会，2015年）。然而，全球经济增长仍与环境压力紧密相关，尤其是污染物排放（Hickel和Kallis，2020年；Miao等人，2020年；联合国大会，2015年）。空气污染是环境退化最严重的表现形式之一，黑碳、细颗粒物（PM2.5和PM10）以及二氧化硫（SO2等污染物对公共健康构成严重威胁，加剧了气候变化，并放大了环境不平等（Clark等人，2014年；Landrigan等人，2018年；Ramanathan和Feng，2009年）。这些污染物主要来自工业过程，尤其是在经济增长严重依赖化石燃料燃烧和资源密集型活动的地区（Wang等人，2024a）。将社会经济扩张与空气污染脱钩尤其困难，这引发了关于可持续转型可行性、时机和路径的问题（Albert，2020年；Wu等人，2018年）。作为中国最早工业化的地区之一，中国东北部是研究经济发展与空气污染之间相互作用的关键案例（Liu等人，2019年；Zhang，2008年）。
关于经济发展与空气污染之间长期关系的理解仍然有限。大多数研究依赖于统计数据和观测数据以及排放清单来描述污染与经济活动之间的关系（Gbadeyan等人，2024年；Shi等人，2019年；Wang等人，2013年），而分解分析、使用化学传输模型（CTMs）的反事实实验以及气象数据的标准化被用来识别空气污染的驱动因素（Li等人，2019a；Liu等人，2023年；Wang等人，2024b）。然而，这些数据存在局限性。首先，时间覆盖范围有限，难以涵盖整个工业化周期或追溯早期阶段，因为监测网络和卫星记录通常始于21世纪初（Li等人，2019b；Liu等人，2023年；Wang等人，2024c）。其次，由于统计范围、活动数据和排放因子的更新，排放清单的长期稳定性不足，导致不同版本之间存在不一致（Zheng等人，2018年；Zheng等人，2020年）。因此，我们对百年尺度污染动态的理解仍然不完整，包括时间滞后、脱钩和再耦合过程以及潜在的阈值或非线性转变（Lin等人，2024年；Williams等人，2021年）。
湖泊沉积物提供了一个独特的机会，可以克服传统社会经济和观测数据集的时间限制，因为它们保存了连续的高分辨率大气沉积记录，反映了工业排放和能源使用的长期变化（Han等人，2022年；Meng等人，2022年）。在中国东北部，多个古环境档案记录了自20世纪中叶以来人为污染物的增加和部分减少，反映了工业化的加剧以及随后缓解政策的效果（Bao等人，2020年；Han等人，2023年；Sun等人，2014年）。然而，这些沉积记录很少与定量社会经济框架相结合，这限制了我们评估人类发展与环境污染之间长期反馈和动态耦合的能力。
在这里，我们使用了来自四海龙湾玛珥湖（SHLW）的121年沉积物岩心，该湖是人类世的全球地层剖面和点（GSSP）候选地点，来重建燃烧产物的连续污染历史。我们根据多个沉积物代理指标推导出一个综合空气污染指数（API），并结合历史数据构建了一个社会经济指数（SEI）。这些综合的百年尺度指数使我们能够追踪社会经济发展与空气污染之间的动态耦合和脱钩关系。利用对数平均迪维西亚指数（LMDI）分解法，我们量化了人口、经济产出、能源强度和排放强度对观察到的污染趋势的相对贡献。这项研究提供了一个基于实证的百年尺度视角，揭示了工业地区的发展-污染相互作用，为评估政策效果和指导可持续转型提供了框架。
研究地点
四海龙湾玛珥湖（SHLW，42°17′N，126°36′E）位于中国东北部的吉林省靖宇县。自上个世纪初以来，该地区一直是中国最大的工业基地。1949年中华人民共和国成立后，煤炭、钢铁、汽车制造和飞机生产等重工业迅速发展。然而，在改革开放之后，由于工业转型缓慢和资源消耗高，
中国东北部的空气污染时间趋势
SHLW的沉积记录清晰地再现了过去一个世纪的空气污染排放情况（图2）。这些污染物主要来源于燃烧过程，尽管某些多环芳烃也有自然来源。具体来说，球形碳质颗粒物（SCP）完全来自工业化石燃料的燃烧，高分子量（HMW，≥4环）多环芳烃主要来源于高温化石燃料燃烧过程，如钢铁制造、发电厂和车辆排放
结论
本研究基于中国东北部的湖泊沉积物，探讨了过去一个世纪大气污染与社会经济发展的共同演化。20世纪初，中国东北部的社会经济发展与大气污染脱钩。然而，从20世纪20年代开始，污染排放与经济增长之间的相关性逐渐增强，尽管尚未形成强烈的耦合关系。到了20世纪50年代，随着工业化的加速和
作者贡献声明
唐雅岚：撰写——初稿、可视化、调查。韩永明：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取。王一辰：撰写——审稿与编辑、方法论。严东娜：撰写——审稿与编辑。孙少林：方法论。王启源：撰写——审稿与编辑。雷德文：调查。彭浩：方法论。姚鹏：撰写——审稿与编辑。刘泽宇：撰写——审稿与编辑、概念化。乌尔丽克·杜塞克：撰写——审稿与编辑，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（42221003；41991250）的财政支持。
