《Environmental Impact Assessment Review》：A full-process global inventory of plastic emissions for treaty implementation
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全球塑料污染加剧，传统静态模型无法捕捉动态变化。本研究开发DFPEM框架，覆盖190个国家，区分部门和聚合物类别，显示2012-2022年排放增长170%，热点地区在东南亚、北非和拉丁美洲，BAU情景下2060年排放超2500万吨，需协同治理和源减措施，支持全球塑料条约。
易诗涵|张雅辉|刘学伟|白晶晶|薛一贤|马文超|文宗国
天津大学环境科学与工程学院，中国天津300350
摘要
全球塑料污染问题持续加剧，但大多数现有研究依赖于静态或区域平均参数，因此无法捕捉从使用到废弃物产生及环境排放的动态变化过程。本研究开发了一个全球塑料排放动态建模框架（DFPEM），涵盖190个国家，对塑料的使用、废弃物和排放进行了按行业和聚合物类别的区分。该框架采用国家层面的质量核算方法，未考虑国际贸易转移。结果显示，2012年至2022年间全球塑料排放量增加了近170%，主要受包装（PAC）、纺织品（TEX）以及消费品和机构产品（CIP）等短寿命行业的影响。排放热点集中在南亚、东南亚、北非和拉丁美洲地区，超过70%的国家在治理表现上存在波动。情景模拟表明，在“一切照旧”（BAU）的路径下，到2060年全球塑料排放量将超过2.5亿吨；仅依靠改进废弃物管理是不够的，需要协调减少塑料生产和提升治理能力才能实现雄心勃勃的全球目标。该框架建立了一个全球统一的动态塑料排放清单，详细划分了8个最终使用部门和9种聚合物类型，为《全球塑料条约》的基准设定和进展评估提供了有力数据支持。
引言
塑料污染是由人类活动引发的全球性环境危机，对生态系统（Honingh等人，2020年）、经济体系（Li等人，2022年；MacLeo等人，2021年）以及人类福祉（Beaumont等人，2019年；Han等人，2024年；Zhao等人，2025年）产生了深远影响。塑料碎片及其衍生物现已遍布海洋和淡水环境、陆地土壤甚至大气层，严重扰乱了地球的物质循环过程。为应对日益严重的生态和健康问题，联合国环境大会于2022年正式启动了《全球塑料条约》的谈判，其明确目标是“防止塑料污染及其对环境和人类健康的危害”（UNEP，2022年）。该条约还呼吁建立一个全球协调的治理机制，涵盖塑料生命周期的所有阶段。尽管当前的政策努力主要集中在生产、消费、回收和替代方面（Alencar等人，2022年；Beaumont等人，2019年；MacLeod等人，2023年；Zhu和Rochman，2022年），但仍然缺乏系统追踪塑料从生产到最终环境排放全过程的统一监测框架和定量评估方法。这一缺陷凸显了迫切需要一个能够涵盖整个塑料生命周期（包括生产、使用、处置和排放）的综合性建模框架和指标体系（Cucina，2023年；Yang等人，2025年）。
随着全球塑料污染的加剧，相关研究逐渐从定性理解转向定量建模，形成了跨多个尺度的系统分析框架。早期研究主要集中在宏观层面的排放核算。Jambeck等人（2015年）基于国家层面的废弃物管理不善情况估算了潜在的海洋输入量，为评估全球塑料排放规模提供了关键基准。随后，Geyer等人（2017年）应用全球塑料物质流动分析系统绘制了塑料在生产和处置阶段的流动图，将分析范围扩展到整个生命周期。Borrelle等人（2020年）进一步纳入了人口密度和废弃物流动路径等空间因素，提高了排放过程的空间表征能力。在此基础上，近期研究在两个方向取得了进展：高分辨率清单编制和政策情景评估。高分辨率清单整合了本地观测数据、区域环境特征和空间推断方法，从而更准确地反映了全球排放模式和结构差异（Cottom等人，2024年）。同时，政策情景模型评估了治理强度、资源回收和生命周期处置路径在全球、国家和区域层面的长期影响，包括综合全球治理路径的模拟（Lau等人，2020年）、国家级别的连续历史和未来物质流动预测（Luan等人，2022年），以及与生命周期处置相关的区域环境影响评估（Drewniok等人，2023年；Goh等人，2025年）。尽管在空间分辨率、生命周期表征和治理情景分析方面取得了进展，但大多数现有模型仍依赖整体或静态参数设置，国家间的异质性、行业结构演变和治理能力的变化被嵌入到平均参数或年度截面中。这限制了人们对塑料使用结构长期变化、产品寿命延长导致的废弃物积累以及排放率对治理能力演变动态响应的理解。
在此背景下，本研究构建了一个具有完整时间连续性的全球塑料排放动态建模框架（DFPEM）。其核心贡献在于将以往分散在各个研究中的关键要素系统地整合到一个统一的系统中。这些要素包括按行业划分的塑料使用情况、基于历史累积的各国产品生命周期分布，以及随发展阶段和治理能力变化的排放率设定。该模型在国家层面运作，将塑料消费、废弃物转化和环境排放置于一个动态框架内。这种方法超越了将全球系统视为单一整体的传统静态汇总方法，更清晰地揭示了各国经济结构、塑料消费模式和废弃物管理能力的跨国差异及其时间演变。通过在一个框架内整合国家间异质性、行业结构演变和时间动态，DFPEM将全球塑料污染研究从静态汇总核算提升到了动态过程分析。它为评估长期治理责任分配、政策协调路径和各国减排潜力提供了可量化和可追溯的分析基础，从而支持《全球塑料条约》的谈判和后续实施（UNEP，2024年）。
模型结构与过程设计
本研究建立了一个全球范围的DFPEM，系统地描述了塑料废弃物从使用到处置及环境排放的形成机制和时间演变过程。该框架覆盖了2012年至2022年的历史时期，并可扩展到未来情景模拟，同时保持内部结构的一致性（图1）。由于国际贸易和跨境转移链的复杂性
机器学习模型的预测性能
本研究采用GBM模型来预测国家层面的年塑料排放量。样本内的拟合优度R2为0.858，均方根误差（RMSE）为0.14（图2），表明GBM有效捕捉了排放率与多维社会经济-治理指标之间的非线性关系。然而，在10折交叉验证下，R2降至0.689，表明可能存在过拟合现象。为了评估模型的稳健性和量化输入不确定性的影响
各国排放量和贡献的比较分析
大多数现有研究量化了进入水生环境的塑料排放（Borrelle等人，2020年；Meijer等人，2021年）、海洋系统的塑料排放（Jambeck等人，2015年；Kaandorp等人，2023年；Onink等人，2021年），或通过河流流入海洋的塑料排放（Lebreton和Andrady，2019年；Lebreton等人，2019年；Mai等人，2020年；Mai等人，2023年）。因此，它们的排放定义与本研究采用的定义不同，无法直接进行比较。在现有研究中，Cottom等人
结论
本研究利用190个国家2012年至2022年的多源数据，重建了全球塑料排放的时空演变、产业结构、物质组成和国家治理特征。研究结果表明，十年间全球塑料排放量增加了近170%，其中包装、纺织品和消费品等短寿命行业占比高达76%至80%，而聚烯烃类塑料是排放的主要来源
利益冲突声明
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致谢
作者衷心感谢国家自然科学基金-联合国环境规划署联合研究项目（项目编号：72261147460）和海南省重点研发计划（项目编号：ZDYF2025SHFZ062）的财政支持。
