环境足迹的指标分类范文

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《生态经济杂志》2015年第七期

1环境足迹分类框架

1.1步骤一：基于资源代谢方式初步分类根据所涉及资源代谢方式的不同，可将环境足迹分为资源足迹和排放足迹两大类，其中一些资源足迹或（和）排放足迹还组成了复合足迹（图2）。下面分别予以论述。

1.1.1资源足迹资源足迹旨在表征产品生命周期中因自然资源开采而产生的环境压力或影响。按资源性质的不同分为可再生资源足迹和不可再生资源足迹两类。其中，可再生资源足迹包括绿水足迹、蓝水足迹和土地足迹等：绿水足迹是指存储于土壤、并通过蒸发或植物蒸腾消耗的淡水体积；蓝水足迹是指存储于地表和地下并被消耗的淡水体积[12]；土地足迹以供给所需生物资源所占用的土地面积表示[4]。不可再生资源足迹包括化石能源足迹、材料足迹和生物多样性足迹等：化石能源足迹通常以中和化石能源碳排放所占用的林地面积表示[13]；材料足迹主要是指人类消耗的金属、建材和矿物等不可再生资源，也有研究将可再生资源包含在内[14]；生物多样性足迹考查的是世界自然保护同盟红色名录所列的濒危物种[15]，故也将其视为不可再生资源。

1.1.2排放足迹排放足迹旨在表征产品生命周期中因废弃物排放而产生的环境压力或影响，如灰水足迹、碳足迹、氮足迹、磷足迹和化学足迹等。其中，灰水足迹是指将污水稀释至符合规定的水质标准所需的淡水体积；碳足迹是指二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）等温室气体的排放量；氮足迹是指氮氧化物（NOx）、硝酸根离子（NO3-）、氨气（NH3）等活性氮的环境损失量；磷足迹是指流失到水体或土壤等环境介质中的总磷量；化学足迹是指有潜在生态或人体健康风险的有机和无机化学成分的排放量，包括石油、挥发酚、氰化物、二氧化硫（SO2）等。

1.1.3复合足迹复合足迹是指由上述若干资源足迹或（和）排放足迹组成的环境足迹，如生态足迹、水足迹和污染足迹等。其中，生态足迹包括了属于可再生资源的土地足迹和不可再生资源的化石能源足迹；水足迹包括了属于可再生资源的绿水足迹和蓝水足迹，以及排放足迹下的灰水足迹；污染足迹则由排放足迹下的灰水足迹、氮足迹、磷足迹和化学足迹组成[20～21]，这里暂不考虑它们之间可能存在的账户重叠问题。

1.2步骤二：基于组分加和方式进一步分类某些资源足迹和排放足迹还可进一步细分为不同组分。以材料足迹为例，其金属部分包括了锑（Sb）足迹、铜（Cu）足迹、铝（Al）足迹、铁（Fe）足迹等多种组分，目前有两种方式对其加和：（1）假定所有组分的权重系数均为1，等权加和所有材料消费量，所得结果代表了材料消耗的总质量[14]；（2）引入非生物质损耗潜势（ADP）作为权重，将所有材料的消费量与其对应ADP相乘，加和得到考虑稀缺度差异的材料消费量[22]。其中，ADP以Sb为基准，通过对比全球储量与现有消耗速度之间的关系，表征了不同材料在全球范围内相对于Sb的稀缺度。又如同属资源足迹的土地足迹，下分耕地足迹、草地足迹、林地足迹和渔业足迹等，各组分之间的加和通常也分为两种方式：（1）假定所有组分的权重系数均为1，等权加和所有土地面积，所得结果代表了实际的土地需求面积；（2）将不同土地类型赋予不同的权重，相乘加和得到土地利用面积，并采用生态足迹模型中以耕地为基准的可用生物生产力（UBP）作为权重。在排放足迹中，应用十分广泛的碳足迹包括了CO2足迹、CH4足迹、N2O足迹等组分，它们之间的两种加和方式为：（1）假定碳素全部以CO2的形式排放，根据CO2排放因子得到不同物质的碳排放量，相加到得CO2总质量，生态足迹下的化石能源足迹实际上即采用此法进行核算；（2）引入全球暖化潜势（GWP）作为权重，将不同温室气体的排放量与其对应的GWP相乘，加和得到体现温室效应差异的温室气体排放量。其中，GWP以CO2为基准，表征的是不同气体在全球范围内相对于CO2的潜在温室效应。对复合性质的水足迹而言，虽然绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹均只含水这一种物质，不存在不同组分加和的问题，但它们之间仍存在两种不同的加和方式：（1）等量加和绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹，所得结果代表了实际的水资源消费量[29]；（2）根据区域水资源禀赋对绿水足迹和蓝水足迹加和，通常采用收回-可得比（WTA）作为权重，反映的是水资源在特定地理空间上的相对稀缺度[30]，因而有研究选取一个特定区域（如澳大利亚）作为基准。表1分别总结了材料足迹、土地足迹、碳足迹和水足迹的两种组分加和方式。可以看出，方式一均采用等权加和所有组分，所得结果是含有绝对意义的物理量；方式二则通过引入某种形式的特征化因子，对各组分的某类环境影响贡献进行量化，所得结果是以特定参照物为基准的等价物理量，具有相对意义。可见，仅仅根据资源代谢途径进行分类是不够的，同一环境足迹也可能因为组分加和方式的不同而显现相异的指标特性。由于现有文献不甚充分，本文未对生物多样性足迹、氮足迹、磷足迹和化学足迹等新兴足迹作进一步划分。但理论上它们均能采用上述两种方式进行加和。其中，按方式一加和相对容易操作，但环境涵义不够明确；按方式二加和的关键则是要找到准确体现所有参与组分对特定环境影响贡献大小的特征化因子。以碳足迹为例，绝大部分研究采用方式二加和，这是因为GWP基于有高度学术共识的气候模型，从而使其成为最准确、可信的特征化因子[32]。总之，除了将环境足迹分为资源足迹、排放足迹及复合足迹三大类，其中的部分足迹类型还能进一步分为等权加和与特征化加和两种类型（图3）。

2环境足迹整合范式

足迹整合是当前环境足迹研究中最核心也最具挑战性的课题。一些学者做了有益的探索，总结起来主要有以下几项工作：为实现生态足迹、碳足迹和水足迹在区域尺度上的方法一致性，提出了基于区域投入产出（MRIO）的足迹核算框架[33]；为确保环境足迹在机构尺度上的方法一致性，基于LCA计算各类环境足迹；为保证结果的可比性，分别通过多标准优化法和生态时间法将各类环境足迹转换为欧元和时间。但是总的来看，足迹整合研究还处于起步阶段，尚未形成共识性、普适性的整合路径。鉴于足迹内部的组分加和对足迹间整合有着重要启示作用，本节基于已构建的环境足迹分类框架，尝试性提出以下两种足迹整合范式。

2.1范式一：基于系统资源代谢整合环境足迹人类社会的发展以消耗自然资源和排放废弃物为物质基础，这种物质流对自然生态系统产生了显著的影响，具体表现为资源代谢的数量和质量在时空上的变化特征。通过全面分析经济-环境系统物质的输入、输出及其携带的隐藏流，可以准确反映系统由于资源代谢而产生的压力。从消费者负责的观点出发，总的资源足迹、排放足迹和环境足迹可分别由物质需求总量、物质输出总量和物质消耗。基于资源代谢的环境足迹整合，其优势在于原理简明、操作性强，资源足迹、排放足迹和环境足迹的核算一目了然，即非质量计量物质一律通过相关系数转换为质量，所有物质均按实物量进行等权加和，从而清晰核算流入、流出经济-环境系统的物质总量，并据此评估人类活动的实际资源消耗；弊端在于对资源代谢的生态胁迫缺乏关注，将质量等同于环境影响，同时还存在大宗资源掩盖其他资源信息的遮蔽效应。

2.2范式二：基于生命周期影响整合环境足迹从生命周期的角度来看，范式一实际上相当于生命周期影响评价（LCIA）中的清单分析。在LCIA中，上文所说的组分被称为清单物质，不同清单物质之间有着完全不同的环境影响范围和强度，即便是等质量的两项物质其环境影响也可能相差几个数量级。因此，有必要从环境评价的角度对清单分析的结果作进一步定量排序。这一过程分为三步：（1）对所有清单物质的每一类环境影响都进行特征化处理，得到一系列基于特征化加和的环境足迹指标，用以从整体上表征清单物质对不同环境因素的潜在影响（2）对各类环境影响潜值进行标准化处理，即通过一个具有可比性的基准参照系来消除不同环境潜值之间的量纲差异：（3）对标准化结果进行权重化处理，即人为赋予各类环境因素不同的重要性。权重的赋值有目标距离法、支付意愿法等多种方法。以目标距离法为例，权重系数等于当前环境影响大小与目标影响大小的比值，由此得到加权后的环境影响综合潜值，即总的环境足迹通过上述步骤可以看出，基于LCIA整合环境足迹具有明显的优势：（1）将足迹内组分加和置于足迹间指标整合的特征化阶段，从而使二者有机结合在一起；（2）规范化地对系统生命周期内的各类环境足迹进行核算，并最终整合成一个综合性的评价结果；（3）特征化因子由遵循环境机理的生态（毒理）模型计算得到，较实物量更能反映清单物质的潜在环境影响。缺点主要包括：（1）一些环境影响类型尚缺乏很好的特征化模型，从而导致特征化因子的选取存在困难；（2）权重化仍无法完全摆脱主观判断的影响；（3）最终结果是二次加权（足迹内、足迹间）的产物，尽管具备较高的科学性和可信度，但属于只有相对意义的无量纲量。

3结论与展望

环境足迹是近年来国际生态经济学研究的热点课题。本文基于所涉及的资源代谢途径，将环境足迹分为资源足迹、排放足迹和复合足迹三大类；基于足迹内部各组分之间的加和方式，又进一步细分为等权加和与特征化加和两类。该分类框架对环境足迹整合有着重要的启示作用，据此提出了两种整合范式：一种基于系统资源代谢，采用实物量等权加和所有物质输入、输出与消耗，从而实现了以绝对质量为单位的资源总足迹、排放总足迹和环境总足迹的公式化表达；另一种基于LCIA，通过特征化加和清单物质达到核算各类环境足迹的目的，并对它们进行标准化和权重化处理，最终得到无量纲的环境影响综合评价指数。包含清晰系统边界和所有物质组分的清单分析是实践两种范式的基础。LCA主要适用于微观层面，而在中观和宏观层面引入MFA、MRIO或混合方法进行清单分析往往更为可行。因此，如何弥合不同尺度清单数据分析手段之间的差异，应作为今后环境足迹研究的一个重要方向。此外，由于环境影响有全球性、区域性和本地性之分，无论是特征化模型的开发、标准参照系的选取，还是权重因子的确定，都应符合具体研究的实际情况。在数据可得性有保证的前提下，以上两种范式均可用于产品、机构、区域乃至国家等各尺度的环境足迹核算与整合。当然，环境足迹仅能表征人类活动作用于地球环境系统的压力和影响，只有与承载力指标相结合，才能真正实现由环境影响评价向环境可持续性评价的转变。

作者：方恺 单位：莱顿大学 环境科学系 浙江大学 环境与能源政策研究中心，