環(huán)境足跡的指標(biāo)分類范文
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《生態(tài)經(jīng)濟(jì)雜志》2015年第七期
1.1步驟一：基于資源代謝方式初步分類根據(jù)所涉及資源代謝方式的不同，可將環(huán)境足跡分為資源足跡和排放足跡兩大類，其中一些資源足跡或（和）排放足跡還組成了復(fù)合足跡（圖2）。下面分別予以論述。
1.1.1資源足跡資源足跡旨在表征產(chǎn)品生命周期中因自然資源開采而產(chǎn)生的環(huán)境壓力或影響。按資源性質(zhì)的不同分為可再生資源足跡和不可再生資源足跡兩類。其中，可再生資源足跡包括綠水足跡、藍(lán)水足跡和土地足跡等：綠水足跡是指存儲(chǔ)于土壤、并通過蒸發(fā)或植物蒸騰消耗的淡水體積；藍(lán)水足跡是指存儲(chǔ)于地表和地下并被消耗的淡水體積[12]；土地足跡以供給所需生物資源所占用的土地面積表示[4]。不可再生資源足跡包括化石能源足跡、材料足跡和生物多樣性足跡等：化石能源足跡通常以中和化石能源碳排放所占用的林地面積表示[13]；材料足跡主要是指人類消耗的金屬、建材和礦物等不可再生資源，也有研究將可再生資源包含在內(nèi)[14]；生物多樣性足跡考查的是世界自然保護(hù)同盟紅色名錄所列的瀕危物種[15]，故也將其視為不可再生資源。
1.1.2排放足跡排放足跡旨在表征產(chǎn)品生命周期中因廢棄物排放而產(chǎn)生的環(huán)境壓力或影響，如灰水足跡、碳足跡、氮足跡、磷足跡和化學(xué)足跡等。其中，灰水足跡是指將污水稀釋至符合規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需的淡水體積；碳足跡是指二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）等溫室氣體的排放量；氮足跡是指氮氧化物（NOx）、硝酸根離子（NO3-）、氨氣（NH3）等活性氮的環(huán)境損失量；磷足跡是指流失到水體或土壤等環(huán)境介質(zhì)中的總磷量；化學(xué)足跡是指有潛在生態(tài)或人體健康風(fēng)險(xiǎn)的有機(jī)和無機(jī)化學(xué)成分的排放量，包括石油、揮發(fā)酚、氰化物、二氧化硫（SO2）等。
1.1.3復(fù)合足跡復(fù)合足跡是指由上述若干資源足跡或（和）排放足跡組成的環(huán)境足跡，如生態(tài)足跡、水足跡和污染足跡等。其中，生態(tài)足跡包括了屬于可再生資源的土地足跡和不可再生資源的化石能源足跡；水足跡包括了屬于可再生資源的綠水足跡和藍(lán)水足跡，以及排放足跡下的灰水足跡；污染足跡則由排放足跡下的灰水足跡、氮足跡、磷足跡和化學(xué)足跡組成[20～21]，這里暫不考慮它們之間可能存在的賬戶重疊問題。
1.2步驟二：基于組分加和方式進(jìn)一步分類某些資源足跡和排放足跡還可進(jìn)一步細(xì)分為不同組分。以材料足跡為例，其金屬部分包括了銻（Sb）足跡、銅（Cu）足跡、鋁（Al）足跡、鐵（Fe）足跡等多種組分，目前有兩種方式對(duì)其加和：（1）假定所有組分的權(quán)重系數(shù)均為1，等權(quán)加和所有材料消費(fèi)量，所得結(jié)果代表了材料消耗的總質(zhì)量[14]；（2）引入非生物質(zhì)損耗潛勢（ADP）作為權(quán)重，將所有材料的消費(fèi)量與其對(duì)應(yīng)ADP相乘，加和得到考慮稀缺度差異的材料消費(fèi)量[22]。其中，ADP以Sb為基準(zhǔn)，通過對(duì)比全球儲(chǔ)量與現(xiàn)有消耗速度之間的關(guān)系，表征了不同材料在全球范圍內(nèi)相對(duì)于Sb的稀缺度。又如同屬資源足跡的土地足跡，下分耕地足跡、草地足跡、林地足跡和漁業(yè)足跡等，各組分之間的加和通常也分為兩種方式：（1）假定所有組分的權(quán)重系數(shù)均為1，等權(quán)加和所有土地面積，所得結(jié)果代表了實(shí)際的土地需求面積；（2）將不同土地類型賦予不同的權(quán)重，相乘加和得到土地利用面積，并采用生態(tài)足跡模型中以耕地為基準(zhǔn)的可用生物生產(chǎn)力（UBP）作為權(quán)重。在排放足跡中，應(yīng)用十分廣泛的碳足跡包括了CO2足跡、CH4足跡、N2O足跡等組分，它們之間的兩種加和方式為：（1）假定碳素全部以CO2的形式排放，根據(jù)CO2排放因子得到不同物質(zhì)的碳排放量，相加到得CO2總質(zhì)量，生態(tài)足跡下的化石能源足跡實(shí)際上即采用此法進(jìn)行核算；（2）引入全球暖化潛勢（GWP）作為權(quán)重，將不同溫室氣體的排放量與其對(duì)應(yīng)的GWP相乘，加和得到體現(xiàn)溫室效應(yīng)差異的溫室氣體排放量。其中，GWP以CO2為基準(zhǔn)，表征的是不同氣體在全球范圍內(nèi)相對(duì)于CO2的潛在溫室效應(yīng)。對(duì)復(fù)合性質(zhì)的水足跡而言，雖然綠水足跡、藍(lán)水足跡和灰水足跡均只含水這一種物質(zhì)，不存在不同組分加和的問題，但它們之間仍存在兩種不同的加和方式：（1）等量加和綠水足跡、藍(lán)水足跡和灰水足跡，所得結(jié)果代表了實(shí)際的水資源消費(fèi)量[29]；（2）根據(jù)區(qū)域水資源稟賦對(duì)綠水足跡和藍(lán)水足跡加和，通常采用收回-可得比（WTA）作為權(quán)重，反映的是水資源在特定地理空間上的相對(duì)稀缺度[30]，因而有研究選取一個(gè)特定區(qū)域（如澳大利亞）作為基準(zhǔn)。表1分別總結(jié)了材料足跡、土地足跡、碳足跡和水足跡的兩種組分加和方式。可以看出，方式一均采用等權(quán)加和所有組分，所得結(jié)果是含有絕對(duì)意義的物理量；方式二則通過引入某種形式的特征化因子，對(duì)各組分的某類環(huán)境影響貢獻(xiàn)進(jìn)行量化，所得結(jié)果是以特定參照物為基準(zhǔn)的等價(jià)物理量，具有相對(duì)意義。可見，僅僅根據(jù)資源代謝途徑進(jìn)行分類是不夠的，同一環(huán)境足跡也可能因?yàn)榻M分加和方式的不同而顯現(xiàn)相異的指標(biāo)特性。由于現(xiàn)有文獻(xiàn)不甚充分，本文未對(duì)生物多樣性足跡、氮足跡、磷足跡和化學(xué)足跡等新興足跡作進(jìn)一步劃分。但理論上它們均能采用上述兩種方式進(jìn)行加和。其中，按方式一加和相對(duì)容易操作，但環(huán)境涵義不夠明確；按方式二加和的關(guān)鍵則是要找到準(zhǔn)確體現(xiàn)所有參與組分對(duì)特定環(huán)境影響貢獻(xiàn)大小的特征化因子。以碳足跡為例，絕大部分研究采用方式二加和，這是因?yàn)镚WP基于有高度學(xué)術(shù)共識(shí)的氣候模型，從而使其成為最準(zhǔn)確、可信的特征化因子[32]。總之，除了將環(huán)境足跡分為資源足跡、排放足跡及復(fù)合足跡三大類，其中的部分足跡類型還能進(jìn)一步分為等權(quán)加和與特征化加和兩種類型（圖3）。
2環(huán)境足跡整合范式
足跡整合是當(dāng)前環(huán)境足跡研究中最核心也最具挑戰(zhàn)性的課題。一些學(xué)者做了有益的探索，總結(jié)起來主要有以下幾項(xiàng)工作：為實(shí)現(xiàn)生態(tài)足跡、碳足跡和水足跡在區(qū)域尺度上的方法一致性，提出了基于區(qū)域投入產(chǎn)出（MRIO）的足跡核算框架[33]；為確保環(huán)境足跡在機(jī)構(gòu)尺度上的方法一致性，基于LCA計(jì)算各類環(huán)境足跡；為保證結(jié)果的可比性，分別通過多標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化法和生態(tài)時(shí)間法將各類環(huán)境足跡轉(zhuǎn)換為歐元和時(shí)間。但是總的來看，足跡整合研究還處于起步階段，尚未形成共識(shí)性、普適性的整合路徑。鑒于足跡內(nèi)部的組分加和對(duì)足跡間整合有著重要啟示作用，本節(jié)基于已構(gòu)建的環(huán)境足跡分類框架，嘗試性提出以下兩種足跡整合范式。
2.1范式一：基于系統(tǒng)資源代謝整合環(huán)境足跡人類社會(huì)的發(fā)展以消耗自然資源和排放廢棄物為物質(zhì)基礎(chǔ)，這種物質(zhì)流對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著的影響，具體表現(xiàn)為資源代謝的數(shù)量和質(zhì)量在時(shí)空上的變化特征。通過全面分析經(jīng)濟(jì)-環(huán)境系統(tǒng)物質(zhì)的輸入、輸出及其攜帶的隱藏流，可以準(zhǔn)確反映系統(tǒng)由于資源代謝而產(chǎn)生的壓力。從消費(fèi)者負(fù)責(zé)的觀點(diǎn)出發(fā)，總的資源足跡、排放足跡和環(huán)境足跡可分別由物質(zhì)需求總量、物質(zhì)輸出總量和物質(zhì)消耗。基于資源代謝的環(huán)境足跡整合，其優(yōu)勢在于原理簡明、操作性強(qiáng)，資源足跡、排放足跡和環(huán)境足跡的核算一目了然，即非質(zhì)量計(jì)量物質(zhì)一律通過相關(guān)系數(shù)轉(zhuǎn)換為質(zhì)量，所有物質(zhì)均按實(shí)物量進(jìn)行等權(quán)加和，從而清晰核算流入、流出經(jīng)濟(jì)-環(huán)境系統(tǒng)的物質(zhì)總量，并據(jù)此評(píng)估人類活動(dòng)的實(shí)際資源消耗；弊端在于對(duì)資源代謝的生態(tài)脅迫缺乏關(guān)注，將質(zhì)量等同于環(huán)境影響，同時(shí)還存在大宗資源掩蓋其他資源信息的遮蔽效應(yīng)。
2.2范式二：基于生命周期影響整合環(huán)境足跡從生命周期的角度來看，范式一實(shí)際上相當(dāng)于生命周期影響評(píng)價(jià)（LCIA）中的清單分析。在LCIA中，上文所說的組分被稱為清單物質(zhì)，不同清單物質(zhì)之間有著完全不同的環(huán)境影響范圍和強(qiáng)度，即便是等質(zhì)量的兩項(xiàng)物質(zhì)其環(huán)境影響也可能相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，有必要從環(huán)境評(píng)價(jià)的角度對(duì)清單分析的結(jié)果作進(jìn)一步定量排序。這一過程分為三步：（1）對(duì)所有清單物質(zhì)的每一類環(huán)境影響都進(jìn)行特征化處理，得到一系列基于特征化加和的環(huán)境足跡指標(biāo)，用以從整體上表征清單物質(zhì)對(duì)不同環(huán)境因素的潛在影響（2）對(duì)各類環(huán)境影響潛值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即通過一個(gè)具有可比性的基準(zhǔn)參照系來消除不同環(huán)境潛值之間的量綱差異：（3）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果進(jìn)行權(quán)重化處理，即人為賦予各類環(huán)境因素不同的重要性。權(quán)重的賦值有目標(biāo)距離法、支付意愿法等多種方法。以目標(biāo)距離法為例，權(quán)重系數(shù)等于當(dāng)前環(huán)境影響大小與目標(biāo)影響大小的比值，由此得到加權(quán)后的環(huán)境影響綜合潛值，即總的環(huán)境足跡通過上述步驟可以看出，基于LCIA整合環(huán)境足跡具有明顯的優(yōu)勢：（1）將足跡內(nèi)組分加和置于足跡間指標(biāo)整合的特征化階段，從而使二者有機(jī)結(jié)合在一起；（2）規(guī)范化地對(duì)系統(tǒng)生命周期內(nèi)的各類環(huán)境足跡進(jìn)行核算，并最終整合成一個(gè)綜合性的評(píng)價(jià)結(jié)果；（3）特征化因子由遵循環(huán)境機(jī)理的生態(tài)（毒理）模型計(jì)算得到，較實(shí)物量更能反映清單物質(zhì)的潛在環(huán)境影響。缺點(diǎn)主要包括：（1）一些環(huán)境影響類型尚缺乏很好的特征化模型，從而導(dǎo)致特征化因子的選取存在困難；（2）權(quán)重化仍無法完全擺脫主觀判斷的影響；（3）最終結(jié)果是二次加權(quán)（足跡內(nèi)、足跡間）的產(chǎn)物，盡管具備較高的科學(xué)性和可信度，但屬于只有相對(duì)意義的無量綱量。
3結(jié)論與展望
環(huán)境足跡是近年來國際生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的熱點(diǎn)課題。本文基于所涉及的資源代謝途徑，將環(huán)境足跡分為資源足跡、排放足跡和復(fù)合足跡三大類；基于足跡內(nèi)部各組分之間的加和方式，又進(jìn)一步細(xì)分為等權(quán)加和與特征化加和兩類。該分類框架對(duì)環(huán)境足跡整合有著重要的啟示作用，據(jù)此提出了兩種整合范式：一種基于系統(tǒng)資源代謝，采用實(shí)物量等權(quán)加和所有物質(zhì)輸入、輸出與消耗，從而實(shí)現(xiàn)了以絕對(duì)質(zhì)量為單位的資源總足跡、排放總足跡和環(huán)境總足跡的公式化表達(dá)；另一種基于LCIA，通過特征化加和清單物質(zhì)達(dá)到核算各類環(huán)境足跡的目的，并對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重化處理，最終得到無量綱的環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。包含清晰系統(tǒng)邊界和所有物質(zhì)組分的清單分析是實(shí)踐兩種范式的基礎(chǔ)。LCA主要適用于微觀層面，而在中觀和宏觀層面引入MFA、MRIO或混合方法進(jìn)行清單分析往往更為可行。因此，如何彌合不同尺度清單數(shù)據(jù)分析手段之間的差異，應(yīng)作為今后環(huán)境足跡研究的一個(gè)重要方向。此外，由于環(huán)境影響有全球性、區(qū)域性和本地性之分，無論是特征化模型的開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)參照系的選取，還是權(quán)重因子的確定，都應(yīng)符合具體研究的實(shí)際情況。在數(shù)據(jù)可得性有保證的前提下，以上兩種范式均可用于產(chǎn)品、機(jī)構(gòu)、區(qū)域乃至國家等各尺度的環(huán)境足跡核算與整合。當(dāng)然，環(huán)境足跡僅能表征人類活動(dòng)作用于地球環(huán)境系統(tǒng)的壓力和影響，只有與承載力指標(biāo)相結(jié)合，才能真正實(shí)現(xiàn)由環(huán)境影響評(píng)價(jià)向環(huán)境可持續(xù)性評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變。
作者：方愷 單位：萊頓大學(xué) 環(huán)境科學(xué)系 浙江大學(xué) 環(huán)境與能源政策研究中心，
