溫 劍，蘇世偉

(南京林業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院，南京210037)

1 引言

生命周期評價(Life Cycle Assessment, LCA)是評估供應鏈環(huán)境影響最常用的方法?；贚CA的碳足跡能夠量化產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用和廢棄處理等不同階段排放的溫室氣體，尤其在林業(yè)領(lǐng)域，這對量化森林碳匯水平與整個林業(yè)的氣候減排能力具有重要意義。但考慮到關(guān)于森林木材供應鏈的生命周期影響評價(Life Cycle Impact Assessment, LCIA)方法的研究仍然缺乏，大多數(shù)研究只選擇了一小部分的影響類別和指標，缺乏科學性和合理性，甚至缺乏LCIA方法論的理論知識和前沿進展。

在國際化標準組織在ISO14040指南中的定義：生命周期影響評價旨在識別出整個產(chǎn)品生命周期中對企業(yè)產(chǎn)品系統(tǒng)關(guān)鍵的潛在環(huán)境問題[1]。LCIA方法源于20世紀90年代，該方法理論性強，涉及環(huán)境學、生態(tài)學、氣候?qū)W、化學、毒理學等多個學科。美國環(huán)境毒理學和化學學會關(guān)于生命周期影響評價方法按照“三步走”模型進行，即分類、特征化和量化[2]。在實踐中，LCIA階段在很大程度上是自動化的，本質(zhì)上就要求從業(yè)者通過LCA軟件中的菜單和按鈕來選擇LCIA方法和其他的一些設(shè)置。多年來，學者針對不同影響類別(例如顆粒物排放、土地利用、水利用[3]等)開發(fā)了許多特征化模型，并針對特定研究對象改進已有的LCIA特征化模型及因子，這些模型在復雜性、分辨率和地理覆蓋范圍都有所提高。盡管國際上LCIA方法范式趨于成熟，但多數(shù)學者的LCIA研究仍存在諸多問題[4]：一是影響類別評估的方法選擇不科學，且多數(shù)研究都基于舊方法、舊版本展開，并局限于某一區(qū)域，很少運用ReCiPe2016、IMPACT World+等新推出方法的適用于全球的影響評價方法；二是單個LCIA研究并不能涵蓋所有的影響類別，使得某些關(guān)鍵的潛在環(huán)境問題不能識別，使得LCA結(jié)果并不具有可信度和缺乏完整性；三是由于清單數(shù)據(jù)收集的復雜性和缺乏完整性，使得LCIA發(fā)展停滯不前。

本研究的可視化是由國際通用的CiteSpace工具實現(xiàn)的，它旨在闡明科學范疇的動態(tài)進展。CiteSpace利用嵌入式算法來可視化大量書目記錄中隨時間變化的知識結(jié)構(gòu)，并檢測科學領(lǐng)域的新興趨勢。借助文獻計量學軟件CiteSpace的可視化功能可以較為客觀地評價LCIA領(lǐng)域的研究趨勢[5]。

本文目的在于梳理近20年LCIA領(lǐng)域的文獻，反映該領(lǐng)域目前的研究進展，對森林木材供應鏈的LCIA提供一些指導，從而促進林產(chǎn)品碳足跡的研究。本文運用CiteSpace5.8.R1工具對LCIA領(lǐng)域的文獻進行計量分析，通過Web Of Science自帶的文獻分析功能和文獻共被引等角度，總結(jié)提煉LCIA領(lǐng)域中的發(fā)展態(tài)勢和研究熱點，掌握該領(lǐng)域當前發(fā)展現(xiàn)狀，為科學選擇研究方向提供參考。本文剩余部分安排：第二部分介紹數(shù)據(jù)來源和CiteSpace研究方法；第三部分基于CiteSpace文獻共被引功能總結(jié)歸納了生命周期影響評價的研究進展、熱點方向，總結(jié)了在林產(chǎn)品碳足跡方面的LCIA研究；第四部分為結(jié)論。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以Web of Science(WOS)核心合集數(shù)據(jù)集作為數(shù)據(jù)來源，檢索主題為“‘LCIA’and‘life cycle impact assessment’”；檢索時間跨度為2001—2021年；文獻選擇“article”，總共檢索到680篇文獻(截至2021年8月)。

2.2 CiteSpace方法

CiteSpace通過文獻的共被引耦合可以分析某一領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識、研究前沿和演化趨勢[6]。利用CiteSpace進行共被引分析可以對LCIA領(lǐng)域的主題模式進行可視化分析，通過文獻共被引時區(qū)圖分析可以揭示研究趨勢，我們可以對這一領(lǐng)域的科學發(fā)展狀況有一個深刻的了解。本文以680篇文獻為樣本，時間切片為4年，節(jié)點為“Reference”，閾值為Top50。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 2001—2021年該領(lǐng)域文獻發(fā)表情況

根據(jù)WOS自帶的出版年份統(tǒng)計，2001年發(fā)表了14篇與LCIA有關(guān)的文章，雖然2002年只發(fā)表了4篇，但從2014—2020年，每年都有近50篇論文出現(xiàn)。年度研究產(chǎn)出見圖1。結(jié)果表明，國際學術(shù)界對LCIA主題研究的關(guān)注不斷增加，體現(xiàn)了對環(huán)境領(lǐng)域研究熱度的不斷升高，研究成果總體上呈現(xiàn)較為明顯的增長態(tài)勢。

圖1 2001—2021年間WOS發(fā)文量情況

通過對LCIA領(lǐng)域的國家/地區(qū)發(fā)文及相關(guān)期刊發(fā)文進行了匯總，具體見表 1。其中，美國、丹麥和瑞士三國發(fā)文量位居前三，美國發(fā)文量最高，其次丹麥。美丹瑞法這四國發(fā)文量占比超過國際該領(lǐng)域的50%，可見這四國是LCIA領(lǐng)域發(fā)展的重大推力。

表1 2001—2021年國家/地區(qū)及國際出版物論文發(fā)表情況

從國際期刊發(fā)文來看，關(guān)于LCIA的文章在128種期刊上發(fā)表，這意味著LCIA的研究分散在不同的研究領(lǐng)域中。環(huán)境科學與生態(tài)學期刊International journal of Life Cycle Assessment、Journal of Cleaner Production、Science of Total Environment、Environmental Science Technology和Journal of Industry Ecology占據(jù)前五排名，共計發(fā)文431篇，占比為63.38%。此外能源與燃料學期刊Biomass Bioenergy也躋身前十，共計發(fā)文6篇，占比0.882%。以生命周期影響評價為主題詞的研究中，環(huán)境科學生態(tài)類期刊發(fā)文量大于能源與燃料，體現(xiàn)了生命周期影響評價在環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域的研究熱度，與當前大趨勢環(huán)境熱點高度相關(guān)。

3.2 2001—2021年國際LCIA領(lǐng)域熱點分析

利用CiteSpace工具的文獻共被引功能對2001—2021年的680篇論文的所有參考文獻進行分析，結(jié)果顯示：在共被引網(wǎng)絡(luò)中，共有 1 585 個節(jié)點，表示所引用的參考文獻；年輪顏色代表其被引用的年份分布，大小與被引次數(shù)有關(guān)。因此可以識別出LCIA領(lǐng)域5篇共被引最高的文獻(見圖2)。

圖2 文獻共被引網(wǎng)絡(luò)的可視化圖譜

共被引用最多的文獻[7]在2009年綜述了LCA方法的最新進展，強調(diào)了一些新出現(xiàn)的問題，包括LCA的四個階段，在LCIA階段重點討論了特征化模型的特點以及特定影響類別和權(quán)重方面的一些進展。被引用次數(shù)第二多的論文是Hauschild, Goedkoop[8]，他們收集了現(xiàn)有的LCIA方法，并在中點和端點水平找出了最好的特征化模型，并補充了其他可能用于LCIA的環(huán)境模型。結(jié)果顯示在中點水平14個影響類別被推薦使用，其中3個列為滿意，10個需要改進，1個謹慎使用；在端點方面只發(fā)現(xiàn)了三個值得被推薦的特征化模型。Wernet, Bauer[9]介紹了ecoinvent數(shù)據(jù)庫版本3的更新情況，能夠為真正的全球數(shù)據(jù)庫奠定基礎(chǔ)并且強調(diào)了區(qū)域化LCIA的重要性。Koellner, de Baan[10]提出了在全球范圍內(nèi)計算土地利用對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務影響的原則和建議，并提出進一步發(fā)展的領(lǐng)域在于與前景系統(tǒng)運行的區(qū)域生態(tài)模型的聯(lián)系和間接土地利用。最后Hellweg and Canals[11]又回顧了LCA的最新發(fā)展，包括支持政策制定、產(chǎn)品開發(fā)和采購以及消費者選擇中基于環(huán)境信息的決策和新興應用。綜上所述，這些高被引的論文對于理解LCIA的知識領(lǐng)域是必不可少的。它們之間的引用關(guān)系以及與數(shù)據(jù)集中其他論文的引用關(guān)系在支持和解釋基礎(chǔ)理論以及構(gòu)建LCIA領(lǐng)域知識庫方面發(fā)揮著重要的作用。

基于節(jié)點的連通性，通過聚類分析并根據(jù)聚類的大小，得到“區(qū)域化”(regionalization)、“全球變暖潛勢”(global warming potential)、“水足跡”(water footprint)、“淡水生態(tài)毒性”(freshwater ecotoxicity)、“非生物資源”(abiotic resource)、“解釋”(interpretation)、“混合LCA”(hybrid LCA)、“淡水生境”(freshwater habitat)、“生態(tài)毒性”(ecotoxicity)9個聚類，反映了本領(lǐng)域的幾個重要的發(fā)展方向。通過圖 3的聚類時區(qū)圖，可以直觀了解生命周期影響評價領(lǐng)域重要文獻的發(fā)表年份。聚類0、3、10的引文在不同年份均有分布，可見其知識基礎(chǔ)在不斷更新和發(fā)展；聚類7、32的引文發(fā)表時間較近，可見非生物資源、淡水生境是本領(lǐng)域中的新興趨勢。此外，聚類間節(jié)點的連線還體現(xiàn)了不同研究方向知識基礎(chǔ)的交叉，有利于拓寬新的研究思路以及新的發(fā)展方向。

圖3 文獻共被引網(wǎng)絡(luò)聚類時區(qū)圖

3.2.1 聚類0：區(qū)域化

通過對重要的施引文獻的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，2001—2021年主要圍繞以下內(nèi)容開展研究。在全球范圍內(nèi)計算土地利用影響、生物多樣性影響[12]以及土地利用對生物生產(chǎn)的影響[13]的全球特征化因子；聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署和國際環(huán)境毒理學和化學學會聯(lián)合發(fā)布的生命周期倡議開始對環(huán)境LCIA指標提供全球指導，并專注解決LCIA幾個跨領(lǐng)域問題，包括時空方面、參考狀態(tài)、標準化和加權(quán)以及不確定性評估；在區(qū)域化清單數(shù)據(jù)庫方面，ecoinvent第三版于2013年出版，目的是擴展數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，為真正的全球數(shù)據(jù)庫奠定基礎(chǔ)，支持區(qū)域化LCIA，并提供多系統(tǒng)模型，便于不同地區(qū)數(shù)據(jù)的集成，減少維護工作量。

3.2.2 聚類2：全球變暖潛勢(Global Warming Potential, GWP)

多數(shù)學者在進行LCIA研究時，將GWP作為其中一個影響類別來評價潛在環(huán)境影響。例如在林業(yè)方面計算碳足跡時，往往采用靜態(tài)的方法，且僅能計算系統(tǒng)邊界內(nèi)總的溫室氣體在100年時的氣候影響，由于缺乏時間參數(shù)，無法評估生物碳，使得LCIA依賴于穩(wěn)態(tài)模型，限制了LCA的準確性。Levasseur[14]在生命周期清單中考慮了時間的分布，從而得到一個動態(tài)清單，使得LCIA特征化模型被動態(tài)求解，以獲得依賴于污染物排放時刻的動態(tài)特征因子，進而提高了準確性。

3.2.3 聚類3：水足跡

不同學者在對水足跡進行量化時，提出了幾種方法來估計水量變化對環(huán)境的潛在影響(如地下水足跡[15]、水資源壓力指數(shù)[16]等)，但這些方法只關(guān)注了水資源的地理分布，并未考慮水源的差別。Yano, Hanasaki[17]量化了全球糧食生產(chǎn)對淡水供應的潛在影響，利用水資源不可利用因子建立基于LCIA的全球水資源模型，每一種水源(包括降雨、地表水和地下水)都有一個不同的水量，這個水量是根據(jù)每個地理水循環(huán)可再生率估計的。

3.2.4 聚類6：水生生態(tài)毒性和聚類40：生態(tài)毒性

生態(tài)毒性影響類別在LCIA中難以量化，因為它們的局部范圍難以與LCA中使用的全球影響類別合并。為了能夠評估毒性等局部影響，LCIA開發(fā)者越來越多地將命運模型納入LCA，并且同一物質(zhì)在淡水和海水生態(tài)系統(tǒng)的水生生態(tài)毒性影響有很大不同。學者在生態(tài)毒性研究方面未來應該注重區(qū)分淡水和海水的不同影響機制和環(huán)境路徑。

3.2.5 聚類7：非生物資源

聚類7非生物資源是LCIA領(lǐng)域中較為新穎的研究方向，通過對聚類的施引文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)，研究主要圍繞在資源臨界、循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)系統(tǒng)服務、綠色技術(shù)、可持續(xù)生產(chǎn)和消費背景下討論使用非生物資源的不同影響。但由于對非生物能源使用的影響評估沒有達成全球共識，新的方法對資源使用都有不同的觀點和看法。歐洲創(chuàng)新與技術(shù)研究所下的SUPRIM項目第一步就是對非生物資源視角的明確定義，并通過更好的生命周期可持續(xù)評價方法對初級原材料進行可持續(xù)管理。

3.2.6 聚類10：解釋

聚類10被標記為解釋，包括敏感性分析和不確定分析等。以往的研究聚焦于產(chǎn)品的不確定性研究，而不是關(guān)注方法中潛在的不確定性。越來越多研究也開始評估LCIA方法對LCA結(jié)果的敏感性。Wang和Osseweijer[18]比較了六種常用的LCIA方法，來量化航空生物燃料對人類健康的影響以及選擇方法對結(jié)果的影響。結(jié)論顯示雖然這些方法多個方面互不相同，但在識別人類健康影響主要貢獻者方面存在一致性，因此評估人類健康影響的LCIA方法的選擇應視情況而定。今后的研究應當更加關(guān)注解決方法間的不確定性。

3.2.7 聚類32：淡水生境

由于全球價值鏈和氣候變化對水資源產(chǎn)生的重大影響，并日益威脅著淡水生態(tài)系統(tǒng)，使得淡水生境成為當前新穎的研究方向。最近的LCIA方法建議，基于河流水力參數(shù)的變化來評估用水對淡水棲息地的影響，但由于缺乏全球數(shù)據(jù)和模型，這個方法僅限于法國。通過對施引文獻的分析，Damiani和Roux[19]提出了一種新的計算區(qū)域化特征因子的方法，模擬耗水引起的河流生境變化潛力(river habitat change potential, HCP)，為魚類和無脊椎動物開發(fā)了一個簡化模型。HCP的大規(guī)模量化為機械LCIA模型的運行開辟了新的道路，并在該模型中考慮了淡水物種的生境偏好，以評估耗水量對生物多樣性的影響。

綜上所述，從9個聚類結(jié)果中可以歸納出LCIA領(lǐng)域的國際前沿問題，聚類0是區(qū)域化LCIA研究，不僅包括區(qū)域化清單數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，還包括對聚類2-3、6-7、32和40等影響類別進行區(qū)域化建模以及全球LCIA方法的開發(fā)；聚類10是對LCIA結(jié)果的解釋，通過LCIA六步驟中的數(shù)據(jù)質(zhì)量分析，主要研究不確定性。

3.3 LCIA在林業(yè)碳足跡領(lǐng)域的發(fā)展和未來研究趨勢

傳統(tǒng)LCIA方法在計算林業(yè)碳足跡時，根據(jù)GWP將不同溫室氣體統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為二氧化碳當量，從而確定相對于二氧化碳的溫室效應，這種方法本質(zhì)上忽略了生物碳排放的時間。越來越多學者開始納入時間因素，比如基于時間函數(shù)的動態(tài)生命周期清單以及基于動態(tài)特征因子的模型，使得評估林產(chǎn)品生命周期總的碳足跡更加合理科學。

在未來林業(yè)碳足跡領(lǐng)域上，LCIA的發(fā)展顯得尤為重要[20]。在企業(yè)層面，適當?shù)墓蚕頂?shù)據(jù)，對非敏感產(chǎn)品或工藝進行生命周期影響評價，不但可以對企業(yè)自身的工藝改進和節(jié)能減排有幫助，而且也填補了部分產(chǎn)品缺少LCIA的空白，為完善LCIA背景數(shù)據(jù)庫做出貢獻。此外，企業(yè)也需要謹慎對待在一個階段可以減輕環(huán)境影響但在其他階段可能產(chǎn)生更多不利影響的戰(zhàn)略，未來企業(yè)在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的商業(yè)策略上應注重考慮以供應鏈為導向的LCIA研究，識別出對商業(yè)和環(huán)境戰(zhàn)略定義影響最大的生命周期方法中的不確定性來源。

3.4 局限性討論

CiteSpace工具可以檢測和分析LCIA領(lǐng)域的研究前沿和知識關(guān)系，從而掌握該領(lǐng)域的演進趨勢、發(fā)展方向及熱點[21]。然而由于軟件參數(shù)設(shè)置問題使得分析結(jié)果缺乏科學合理性，數(shù)據(jù)集收集不完整也會造成結(jié)果的局限性，如全球區(qū)域化LCIA方法完善、LCIA方法間差異原因的量化和LCIA多學科多模型整合等熱點問題均未得以體現(xiàn)。

4 結(jié)論

本文利用CiteSpace軟件對2001—2021年間在Web Of Science收錄的以“生命周期影響評價”為主題的文獻進行了分析，總結(jié)歸納了LCIA的研究進展和熱點，促進LCIA在林業(yè)碳足跡領(lǐng)域的發(fā)展研究。

① 2001—2021年近20年間LCIA領(lǐng)域發(fā)展穩(wěn)定，發(fā)文量大。其中美國的研究成果居世界首位，美國、丹麥、瑞士、法國總發(fā)文量占比超過LCIA領(lǐng)域的50%。

②從國際刊物來看，環(huán)境科學與生態(tài)學期刊International journal of Life Cycle Assessment作為LCA領(lǐng)域的專刊，發(fā)文量居首位，其余環(huán)境生態(tài)類期刊，例如Journal of Cleaner Production、Science of Total Environment和Environmental Science Technology發(fā)文量也在不斷增加。

③從國際該領(lǐng)域的熱點來看，共有區(qū)域化、GWP、水足跡、淡水生態(tài)毒性、非生物資源、解釋、混合LCA、淡水生境、生態(tài)毒性9個重要聚類。未來還需圍繞土地利用、水利用、生物多樣性等全球性熱點問題開展研究。

④在林產(chǎn)品碳足跡領(lǐng)域，動態(tài)生命周期清單和動態(tài)特征因子雖然已有眾多學者開發(fā)，但兩者之間的關(guān)聯(lián)性仍然值得商榷，LCIA方法還需要進一步完善和發(fā)展，

⑤由于CiteSpace工具的局限性，后續(xù)研究中應進一步完善參數(shù)的科學合理性，能夠全面反映出生命周期影響評價領(lǐng)域的前沿問題。