一、引言
在全球气候变化背景下，城市作为人为碳排放的主要来源，其碳循环过程受到广泛关注。然而，在传统的城市碳核算体系中，人们关注的焦点往往集中在化石燃料燃烧、工业生产、交通运输等直接碳排放源，而忽略了城市地表系统中一个活跃的碳库——道路灰尘。
道路灰尘中蕴含着丰富的碳组分，包括来自植物凋落物的有机碳、来自轮胎磨损和沥青老化的高分子有机碳、来自燃烧过程的元素碳（黑碳）等。这些碳组分以颗粒形态存在于道路表面，在风力、径流、生物作用等驱动下发生迁移转化，参与城市碳循环的各个环节。一方面，道路灰尘作为城市碳库，储存了大量的碳；另一方面，道路灰尘中的有机碳可被微生物分解，释放二氧化碳，成为城市碳排放的潜在来源；同时，道路灰尘再悬浮进入大气后，其中的元素碳（黑碳）作为强效的辐射强迫物质，对城市气候产生重要影响。
系统认识道路灰尘的碳组分特征及其对城市碳循环的贡献，不仅有助于完善城市碳核算体系，也为城市碳减排和碳管理提供了新的视角。本文旨在综述道路灰尘碳组分的来源、组成、环境行为及其碳循环贡献，探讨将道路灰尘碳纳入城市碳管理的路径。
二、道路灰尘碳组分的来源与组成
（一）碳组分的分类
道路灰尘中的碳组分按化学性质和来源可分为两大类：
有机碳。有机碳是道路灰尘碳组分的主体，约占碳总量的60%至80%。有机碳的来源多样，包括生物源有机碳（植物碎屑、花粉、微生物残体、动物皮屑等）和人为源有机碳（轮胎磨损颗粒、沥青老化产物、尾气排放中的未燃尽碳氢化合物、食物残渣、塑料碎片等）。有机碳的化学组成复杂，包括多糖、蛋白质、木质素、脂类、腐殖质以及各种人工合成高分子化合物。
元素碳。元素碳（又称黑碳）是道路灰尘中另一类重要的碳组分，约占碳总量的10%至30%。元素碳来源于不完全燃烧过程，包括机动车尾气排放（特别是柴油车）、燃煤、生物质燃烧等。元素碳具有高度芳香化的结构，化学性质稳定，在环境中难以降解，具有强吸光特性，是重要的辐射强迫物质。
（二）主要来源解析
道路灰尘中碳组分的主要来源包括：
交通源。交通源是道路灰尘碳组分最重要的贡献者。机动车尾气排放是元素碳的主要来源，特别是柴油车尾气中含有大量的元素碳颗粒。轮胎磨损颗粒是有机碳的重要来源，轮胎中含有约20%至30%的炭黑（一种元素碳）和约40%至60%的橡胶（有机碳）。刹车片磨损、沥青路面老化也是有机碳的来源。
生物源。周边植被的凋落物（枯枝、落叶、花粉等）是道路灰尘中生物源有机碳的主要来源。在绿化覆盖率高的区域，生物源有机碳可占道路灰尘有机碳的30%至50%。土壤输入也带来腐殖质等有机碳。
大气沉降。大气中的有机碳和元素碳通过干湿沉降进入道路表面。这些碳组分来源于更广阔区域的燃烧源和生物源，是道路灰尘碳组分的重要补充。
生活源。居民生活活动也向道路灰尘输入有机碳，包括食物残渣、宠物粪便、生活垃圾碎屑等。在人流密集的商业区和居民区，生活源的贡献不容忽视。
（三）碳组分的赋存形态
道路灰尘中的碳组分以多种形态存在。有机碳中，部分以游离态存在，如植物碎屑、花粉颗粒等；部分吸附于矿物颗粒表面，与粘土矿物等形成有机—无机复合体；部分包埋于高分子聚合物中，如轮胎磨损颗粒中的橡胶碳。元素碳主要以独立的细颗粒形式存在，粒径通常在纳米至微米尺度，常聚集形成链状或簇状结构，具有较大的比表面积，可吸附其他有机物。
碳组分的赋存形态决定了其在环境中的稳定性和迁移性。游离态的有机碳容易被微生物分解和淋溶流失；与矿物结合的有机碳相对稳定；高分子聚合物中的有机碳分解缓慢；元素碳化学性质稳定，可在环境中长期存留。
三、道路灰尘碳组分的环境行为
（一）分解与矿化
道路灰尘中的有机碳在微生物作用下可发生分解矿化，释放二氧化碳。分解速率受碳组分的化学性质、环境条件（温度、湿度、氧气）和微生物活性影响。易降解的有机碳（如糖类、蛋白质）分解迅速，在数天至数周内即可被微生物利用；难降解的有机碳（如木质素、高分子聚合物）分解缓慢，可在环境中存留数年甚至数十年。元素碳几乎不被微生物分解，是道路灰尘中最为稳定的碳组分。
研究表明，道路灰尘有机碳的矿化速率显著高于自然土壤中的有机碳，这与道路环境较高的温度和人类活动带来的适宜微生物生长的条件有关。道路灰尘有机碳的矿化是城市碳排放的一个潜在来源，但目前尚未纳入城市碳核算体系。
（二）扬尘排放
道路灰尘中的碳组分与无机颗粒一起，在风力扰动和车辆行驶气流作用下再次悬浮进入大气。碳组分特别是细粒径的元素碳，可长时间悬浮于大气中，进行长距离输送。大气中的元素碳作为强效的辐射强迫物质，吸收太阳辐射，加热大气，对区域气候产生增温效应；同时，元素碳沉积于冰雪表面可降低反照率，加速冰雪融化。
道路扬尘中的有机碳和元素碳是城市大气碳质气溶胶的重要组成部分。研究表明，道路扬尘对城市大气有机碳的贡献率可达10%至30%，对元素碳的贡献率可达5%至15%。
（三）径流输移
降雨条件下，道路灰尘中的碳组分随径流进入城市雨水管网，最终汇入河流、湖泊等受纳水体。水溶性有机碳在径流中溶解，进入水体后可能被微生物利用，参与水生生态系统的碳循环。颗粒态有机碳和元素碳在水体中沉降，成为沉积物碳库的组成部分。道路灰尘径流输移是城市水体碳输入的重要途径，也是城市碳从陆地向水体转移的重要机制。
（四）碳封存潜力
部分道路灰尘中的碳组分最终进入稳定的环境介质（如土壤、水体沉积物），实现碳的封存。特别是元素碳和与矿物紧密结合的有机碳，在环境中的存留时间可达数百年至数千年。城市道路两侧的土壤和绿地、水体沉积物是道路灰尘碳的重要汇区。从碳封存的角度看，道路灰尘既是城市碳排放的潜在来源，也是城市碳汇的组成部分。
四、道路灰尘对城市碳循环的贡献
（一）城市碳库的组成部分
道路灰尘作为城市地表系统中的活跃碳库，储存了可观的碳量。初步估算显示，一个中型城市道路灰尘中的碳储量可达数千吨至数万吨。道路灰尘碳库的大小受城市规模、道路面积、积尘负荷、碳含量等因素影响。与城市植被碳库、土壤碳库相比，道路灰尘碳库的规模相对较小，但其碳组分中元素碳的比例较高，对气候的影响更为显著。
（二）城市碳排放的潜在来源
道路灰尘中有机碳的分解矿化是城市碳排放的一个潜在来源。研究表明，道路灰尘有机碳的矿化速率约为每天每克碳释放0.1至0.5微克二氧化碳。按此估算，一个中型城市道路灰尘有机碳分解的年碳排放量可达数百吨。虽然这一数量相对于城市总碳排放量微不足道，但作为自然过程的碳排放，其存在不容忽视。此外，道路灰尘再悬浮进入大气后，其中的有机碳和元素碳在光化学作用下可进一步转化，可能生成二氧化碳等气体产物。
（三）对城市气候的影响
道路灰尘中的元素碳（黑碳）通过再悬浮进入大气后，作为强效的辐射强迫物质，对城市气候产生影响。元素碳吸收太阳辐射，加热大气，增强大气层结的稳定性，可能加剧城市热岛效应和污染累积。同时，元素碳沉降于城市表面，降低地表反照率，增加地表吸收的太阳辐射，进一步加剧城市增温。这种效应在冬季和干旱季节尤为显著。
（四）碳核算的视角
当前的城市碳核算体系主要关注化石燃料燃烧、工业生产、交通排放等直接碳排放源，尚未将道路灰尘碳纳入核算范围。从碳循环的全过程视角出发，道路灰尘作为城市碳的储存库和潜在排放源，其碳动态应纳入城市碳核算的补充体系。特别是对于碳组分中元素碳含量较高的城市，道路灰尘对城市气候的影响不容忽视。建立道路灰尘碳核算的方法体系，开展道路灰尘碳储量和碳通量的估算，是完善城市碳管理的重要方向。
五、碳管理启示与研究展望
（一）碳管理启示
道路灰尘碳组分的研究为城市碳管理提供了新的启示：
一是关注非燃烧源碳排放。道路灰尘中有机碳的分解矿化是自然过程的碳排放，这一部分排放虽然规模不大，但反映了城市生态系统的碳循环过程，值得关注。
二是重视元素碳的气候效应。道路灰尘中的元素碳再悬浮进入大气后，其辐射强迫效应可能加剧城市热岛和气候变暖。控制道路扬尘不仅是空气质量管理的需要，也是气候管理的需要。
三是拓展碳汇认知。道路灰尘中部分碳组分进入稳定的环境介质，实现碳封存。城市道路两侧土壤和水体沉积物作为碳汇的潜力有待进一步挖掘。
四是优化道路清扫方式。传统清扫方式可能加速有机碳的分解，而真空吸尘等高效清扫将碳组分从道路表面移除，改变了其环境归趋。不同清扫方式对城市碳循环的影响值得评估。
（二）研究展望
未来道路灰尘碳组分研究应重点关注以下方向：
一是碳组分的精细化表征。应用先进的分析技术（如碳同位素分析、核磁共振、热裂解—气质联用等），精细表征道路灰尘碳组分的化学结构、来源和年龄，为源解析和环境行为研究提供基础。
二是碳通量的定量评估。开展道路灰尘有机碳分解矿化的现场监测和实验室模拟，建立矿化速率与影响因素的关系模型，定量评估道路灰尘对城市碳排放的贡献。
三是碳循环模型的构建。将道路灰尘碳组分纳入城市碳循环模型，模拟其在城市多介质环境中的迁移转化和归趋，评估不同管理情景下的碳动态。
四是碳管理与扬尘治理的协同。探索将碳管理目标纳入道路扬尘治理策略，在控制扬尘排放的同时，优化道路灰尘碳组分的环境归趋，实现环境效益与气候效益的协同。
六、结语
道路灰尘中的碳组分是城市碳循环中一个独特而活跃的组成部分。从植物碎屑到轮胎磨损颗粒，从尾气排放的元素碳到微生物分解的二氧化碳，道路灰尘碳组分连接着城市生态系统的生物过程和人类活动的物质代谢。在应对气候变化的背景下，全面认识城市碳循环的各个环节，包括道路灰尘这一“边缘”碳库，具有重要的科学意义和管理价值。将道路灰尘碳纳入城市碳管理的视野，有助于构建更加完整、精细的城市碳核算体系，为城市低碳发展和气候适应提供新的认知支撑。
