生命周期方法在产业共生系统环境效益评价中的应用——研究进展及问题分析

近年来,产业共生作为产业生态学最具特征的领域引起了相关研究者的广泛关注。当前的研究逐渐从产业共生系统的定性描述分析转向定量的系统评价上。传统的产业共生系统环境效益评价仅仅关注共生系统本身,而忽视了占环境影响20%—50%的上、下游过程及替代过程的环境影响,为了得到客观的、系统的环境影响评价,将生命周期分析方法引入产业共生效益评价显得尤为重要。首先回顾了生命周期分析方法在产业共生研究中的发展过程,接着评述了3种生命周期分析方法在产业生态研究中的优劣势。并重点分析了将生命周期思想引入产业共生效益评价方法存在的功能单位设定问题及系统边界的选择问题。最后,呼吁为避免隐形污染的转移,必须尽快将生命周期分析的方法和管理理念引入我国生态工业园设计、规划、评价和管理的全过程中。     

产业生态系统资源代谢分析方法

产业生态系统是由企业群、资源及环境组成的社会-经济-环境复合生态系统。资源代谢是其功能运行的重要保障。资源代谢在时间和空间尺度上的耗竭及阻滞是造成严重生态环境问题的主要原因。根据生态学原理,运用物质流分析手段解析了产业生态系统的物质流、能流及资金流结构,构建了产业生态系统资源代谢分析模型,提出了资源输入-使用-输出-循环共生四方面的资源代谢分析指标体系和基于模糊综合分析的资源代谢问题树分析方法。在此基础上提出了基于循环共生网络结构模型的生态管理模式。以期为产业资源的生态管理提供方法支撑。     

基于碳足迹的传统农业系统环境影响评价——以青田稻鱼共生系统为例

现代农业在带来粮食高产的同时也产生许多生态环境问题,这促使人们再次把目光转向传统农业系统。一些传统农业系统不仅具有突出的经济、社会和文化价值,还具有多种重要的生态功能,如温室气体减排。然而,已有研究缺乏对传统农业系统整个生命周期的固碳减排能力的测算及其环境影响的评价。为此,基于农户调研数据,运用生命周期评价法对青田稻鱼共生系统的碳足迹进行了测算,并与当地水稻单作系统进行比较。研究发现:(1)青田稻鱼共生系统和水稻单作系统碳足迹分别为6266.7 kgCO_2-eq/hm~2和7520.0 kgCO_2-eq/hm~2,单位产值碳足迹分别为0.12 kgCO_2-eq/元和0.21 kgCO_2-eq/元。与水稻单作系统相比,稻鱼共生系统排放的温室气体更少,环境影响更小,生态和经济效益更高。(2)农业生产过程中积累的CH_4是碳足迹的最主要来源,农业生产资料投入中的化肥是碳足迹的的第二大来源。农业生产资料投入中的饲料则是稻鱼共生系统碳足迹的另一重要来源。通过碳足迹的方法对青田稻鱼共生系统的环境影响进行量化,不仅丰富了碳足迹在实际应用中的适用类型,对于其他传统农业系统的环境影响评价也具有借鉴意义。     

基于生命周期方法的城市绿地生态环境负面影响评估

城市绿地在施工建设以及后续的管理养护工作中所产生的生态环境负面影响往往被人们忽视。本研究以天津市城市绿地为对象，通过实地调研收集数据，采用生命周期评价方法，分析比较了城市绿地乔木层、灌木层以及草本层在建设阶段和管养阶段各环节的生命周期环境影响。结果表明：在50年生命周期内，单位面积乔木层、灌木层和草本层的环境影响综合指数分别为5.51×10³、8.75×10³和1.60×10³。城市绿地最主要环境影响类型是淡水毒性和土壤毒性，分别占总环境影响的73.12%和26.65%。病虫害防治为城市绿地环境影响的主要贡献环节，贡献率高达99.33%。与农林业相比，城市绿地的管养环境影响指数处于中高水平。因此，城市绿地所造成的生态环境负面影响不可忽视。研究结果可以为城市建设低碳生态型绿地以及科学化管养提供参考依据。     

武汉市造纸行业资源代谢分析

资源代谢问题是造成产业系统生态环境影响的主要原因.在分析武汉市造纸行业资源代谢的基础上从资源输入-资源使用-环境胁迫-系统循环共生4个方面构建武汉市造纸行业资源代谢分析指标体系.运用模糊综合评判法和问题树模型对2007年武汉市造纸业的原材料、水、能源等资源的代谢与全国造纸行业平均水平进行了比较分析.结果表明:(1)武汉市造纸业资源代谢水平总体上评价等级为优,但某些指标与全国平均水平比还略有差距;(2)从资源输入角度分析,原材料输入生态效率及水资源输入生态效率等级为优,能源输入生态效率等级为良;(3)从资源使用角度分析,单位产品的原材料消耗及单位产品的水资源消耗等级为优,单位产品的能源消耗等级为良;(4)从环境胁迫角度分析,单位污染物工业总产值及单位产品污染物排放等级均为优,污染物达标排放率等级为良;(5)从系统循环共生分析,企业清洁生产达标率等级为良,资源持续利用及污染物治理等级为优,而中水回用率等级为差.通过代谢分析可得,武汉市造纸行业能源输入生态效率、单位产品能源消耗与全国平均水平比还有一定距离,整个行业中企业清洁生产比例还具有提升的空间;中水回用方面较弱,需要特别加强.     

中国产业园区循环化改造应用关键物质流典型路径分析方法

产业园区循环化改造是我国在"十二五"期间和今后一个时期内的一项重要工作,也是在园区层面实施循环发展的主要内容。物质流分析(MFA)是产业生态学的核心分析方法,正在成为资源环境管理领域有效的分析工具。通过梳理物质流分析方法的发展历程,指出产业园区循环化改造应用物质流分析存在注重物质规模而忽视环境影响、黑箱过程不利定量研究、小区域研究适用性不强以及隐藏流造成的数据误差等方面问题,同时通过大量调查实践,认为园区循环化改造可从企业开展清洁生产、促进园区内和园区间的产业共生、加强园区资源循环基础设施建设3个领域入手,在将园区全部企业分为生产性企业、再生性企业和资源循环基础设施企业3种类型基础上,提出关键流概念及其识别思路,探索构建物质流路径归类评价方法框架,归纳出8条典型物质流路径,为提升园区物质流管理水平提供方法依据,并选取天津经济技术开发区作为典型案例进行研究,最后对我国产业园区循环化改造应用物质流分析方法进行了展望。     

物质流分析（SFA）方法及研究进展

物质流分析(substance flow analysis,SFA)通过追踪经济-环境系统特定物质的输入、输出、贮存等过程,量化经济系统中物质流动与资源利用、环境效应之间的关系,为资源环境优化管理提供科学依据.系统阐述了SFA的内涵及发展历程,介绍了SFA方法体系,在此基础上对SFA研究现状进行了评述.分析表明,SFA是产业生态学领域内一种重要的产业代谢分析方法,它在污染物迁移路径追踪及环境影响分析、战略性资源生命周期代谢分析、物质社会存量分析等方面具有十分重要的应用价值.提出了SFA的未来应用领域和发展趋势.     

基于GIS的产业生态学研究述评

产业生态学由于缺少关于空间分析的工具,使得研究结果因缺乏空间维度信息而影响对管理效率和精准度的支持。基于GIS的产业生态学相关研究已成为产业生态学研究的一个新的方向。为总结已有的研究成果并展望未来的研究方向,运用文献计量及对比分析的手段,系统分析了国内外基于GIS的产业生态学的相关研究进展,得出以下结论:当前基于GIS的产业生态研究主要集中在物质代谢、产业共生和生命周期评价3个方面,将GIS技术引入到物质代谢研究中,可以更好的展示物质代谢的时空分布格局,为物质代谢研究提供了一种新的方法;基于GIS技术,不仅可以更加高效地挖掘潜在的产业共生机会,还可应用于生态产业园的规划管理如企业的选址、空间布局等以及废弃物的回收再利用方面;将GIS与LCA耦合在一起,可以很好地补充、完善和管理传统数据,有助于探索产品、活动或工艺的环境影响的空间特性以及进行土地利用相关的环境影响评价。另外,国内外研究的侧重点也不尽相同。在物质代谢研究中,国内研究较少,仅在城市尺度上进行了基础设施的物质代谢及其存量分析,国外在国家、城市尺度上研究了铜、锌等金属的物质代谢情况;在产业共生研究中,国内侧重于生态产业园的研究,而国外侧重于城市尺度的产业共生机会识别的研究;在LCA的研究中,国内开展了基于GIS的生命周期评价数据库和产品材料信息管理系统的研究,而国外侧重于进行区域化的生命周期评价、进行土地利用影响类型的相关评价以及污染物的追踪,国内在该方面尚处于起步阶段。国内外在研究方法上存在共性,都是基于GIS的空间分析方法、缓冲区分析方法以及数据库技术等。未来将GIS作为一个平台,面向产业转型展开产业生态学综合理论方法的研究,可以为产业的可持续性管理提供有效支持。     

农业生命周期评价研究进展

作为评价产品系统全链条环境影响的有效工具,生命周期评价（LCA）方法已广泛用于工业领域。农业领域也面临着高强度的资源和环境压力,LCA在农业领域的应用应运而生。旨在综述已有农业LCA研究的基础上,鉴别农业LCA应用存在的问题,并为农业LCA未来的发展提出建议。目前农业LCA存在系统边界和功能单位界定不明晰、缺少区域清单数据库、生命周期环境影响评价模型（LCIA）不能准确反映农业系统环境影响、结果解释存在误区等方面的问题。为了科学准确地衡量农业系统的环境影响,促进农业系统的可持续发展,文章认为农业LCA应该从以下几个方面加强研究,即科学界定评价的参照系、系统边界的扩大及功能单位的合理选取、区域异质性数据库构建与LCIA模型开发、基于组织农业LCA的开发以及对于利益相关者行为的研究。     

国内外产业共生网络研究比较述评

产业共生网络是指基于物质及能量交换以及知识及基础设施共享而形成的在不同产业主体之间的合作共赢网络,是产业转型升级的重要保障。作为产业共生的运作方式,产业共生网络的研究国外从20世纪90年代开始从概念到实例就展开了一系列探讨,国内自2002年也开始在网络结构等方面开展相关研究。尤其在2008年以后,产业共生网络的研究方向不断拓宽,研究成果丰富多样。为明晰国内外产业共生网络研究的发展态势,促进产业共生网络理论体系的发展并使其得到有效应用。本文从共生网络内涵、结构、功能及评价、演化、管理调控等方面比较分析了国内外产业共生网络的研究进展,并对产业共生网络的发展前景做了展望。未来产业共生网络研究在不同尺度的比较及推演、数据信息平台的搭建以及产业共生网络演化模拟及管理调控的耦合等方面需重点关注。     

基于三角模糊数的自然保护区生态旅游评价

从生态环境特征、资源影响力、社会经济影响3个方面,选择地形、气候、生态脆弱性、典型性、环境影响、经济效益等16个指标,构建评价模型,运用三角模糊数方法,进行沙坡头国家级自然保护区的生态旅游评价。结果显示:沙坡头国家级自然保护区的生态旅游资源丰富,整体发展良好,发展生态旅游将会对保护区的文化、经济、配套基础设施等方面产生积极影响。将三角模糊数应用于自然保护区生态旅游评价模型,克服了定性指标难以量化、可比较性差的缺点,可以为生态旅游评价提供新思路、新方法,具有一定的应用前景,对生态旅游评价具有新的借鉴意义。     

互花米草纤维与造纸污泥混合制作污泥纤维板

利用长纤维与造纸污泥混合制作纤维板,以互花米草秸秆、纺织长纤维和废纸浆与造纸污泥混合制浆,经抄纸板机复合热压成型得到工业污泥纤维板材,并分析不同纤维板材的性能差异。结果表明:基于"生物钢筋+水泥"模型,互花米草秸秆纤维与造纸污泥复合成的纤维板材在硬挺度、耐破度、密度和吸水性能上均具有明显优势。此工艺为综合利用造纸污泥等工业废弃污泥提供了可借鉴的工艺技术,并为综合利用秸秆纤维提供了相关参考。     

东北有机及常规大豆对环境影响的生命周期评价

选择我国主要有机出口农产品之一——大豆作为研究对象,采用生命周期评价、DNDC模型、实地调研等方法建立大豆生命周期资源消耗和环境排放清单,分析比较了出口型有机大豆、国内消费型有机大豆以及国内消费型常规大豆的生命周期环境影响.结果表明:3种不同生产消费型大豆生命周期中资源消耗、酸化以及全球变暖对综合环境影响贡献最明显,基本上占到综合环境影响评价的30％左右,而富营养化和生态毒性的贡献率较低,小于10％.从生命周期的不同阶段分析,3种消费模式的大豆其运输阶段对于各分类环境影响的贡献率最大,都在50％以上,对资源消耗的贡献率更是在80％以上.从2种不同的生产模式看无论是全球变暖、酸化、资源消耗还是生态毒性都是有机大豆的环境影响综合指数小于常规大豆,对环境产生的负面影响较小.综合比较3种不同生产消费型大豆,国内消费的有机大豆生命周期综合环境影响最小,其环境影响综合指数比常规大豆的减少31％.但是出口有机大豆由于出口使运输距离延长,其生命周期综合环境影响最大.因此,环境管理关键是提倡有机产品本地消费以缩短运输距离,或者采用环保型能源以减少环境排放.     

基于ISO 14046的工业产品水足迹评价研究——以电缆为例

水足迹国际标准(ISO 14046)于2014年发布,基于生命周期评价(LCA)的思想,水足迹被定义为量化与水相关潜在环境影响的指标。在ISO14046的原则、要求和方法学框架基础上,介绍了工业产品水足迹的计算和评价方法,并以铜电缆和铝合金电缆为例进行研究,分别评价了两类电缆生命周期过程产生的与水相关环境影响。与水足迹网络(WFN)的方法侧重于计算生产产品所需要的水资源总量不同,ISO的方法更关注于产品全生命周期过程的环境影响评价。案例研究表明:铜电缆生命周期全过程耗水量与铝合金电缆相比少24.8%,水短缺足迹相比则少97.9%。这是因为铜电缆生产地江苏的水压力指数(WSI)小于铝合金电缆生产地河北的WSI。由此,在江苏地区生产电缆使用的水资源对当地水环境压力造成的影响远小于在河北地区生产电缆造成的影响。采用科学合理的水足迹评价方法,量化工业产品全生命周期带来的环境影响,能为我国实现工业布局的合理规划和水资源的可持续利用提供科学依据。     

科学、系统与可持续性——第六届工业生态学国际大会述评

综述了第六届工业生态学国际大会情况。大会的中心议题是"科学、系统与可持续性",设立了生命周期方法、产业共生、环境投入产出分析和物质流分析等23个议题。重点评述了社会物质代谢、产业共生与生态工业发展、工业系统复杂性、气候变化/能源及生物质四个领域。简要总结了国际工业生态学的发展趋势并给出了对我国工业生态学发展的启示。     

两个污水处理系统的能值与经济综合分析

运用改进的能值评价指标和经济指标对构建的两个污水处理综合系统("污水处理厂处理+脱水污泥填埋"及"污水处理厂处理+脱水污泥填埋+中水回用")进行了环境可持续性和经济竞争力的综合分析。改进的能值指标(能值产出率SEYR、环境负载率SELR、环境可持续发展指数SESI和能值受益率SEBR)是在考虑研究对象废物及产物能值对环境影响的基础上提出的,更好地反映了系统的特征。结果表明,中水回用系统的增加有利于提升系统的环境可持续发展能力;"污水处理厂处理+脱水污泥填埋+中水回用"系统较"污水厂处理+脱水污泥填埋"系统的经济竞争力差,但却拥有更强的可持续发展能力,有利的经济政策能够刺激其更好的推广运用。     

基于LCA的传统农田与苜蓿草地生态效应分析

为评估传统农田与苜蓿草地两种生态系统在资源投入和环境效应方面的差异,基于2019-2022年中国北方山东省、陕西省、山西省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区、黑龙江省、河北省共14个县区的农牧户调研数据,应用生命周期评价（Life cycle assessment,LCA）方法,对中国北方传统农田和苜蓿草地生态系统全生命周期的能源消耗、土地利用、水资源消耗、全球变暖、环境酸化、富营养化这六类资源消耗和环境影响进行核算。将LCA方法应用于两类作物生产的环境影响分析,探究该方法在农业环境研究领域的有效性以及传统农田和苜蓿草地生态系统资源投入和环境效应的差异特征。结果表明：（1）传统农田和苜蓿草地生态系统环境综合影响指数分别为0.1569和0.1269,苜蓿草地生态系统的综合环境效应比传统农田生态系统低19.09%,对环境友好程度相对较高。（2）在整个区域范围内,传统农田的环境影响高于苜蓿草地的环境影响,且传统农田的环境影响效益差异显著,而苜蓿草地的环境影响整体波动较小。其中,在资源消耗方面,与传统农田生态系统相比,苜蓿草地生态系统的能源消耗减少了31.21%,所需土地面积减少了43.61%,水资源消耗减少了63.43%;在环境影响方面,与传统农田生态系统相比,苜蓿草地生态系统的气候变暖潜值降低了43.09%,环境酸化潜值降低了50.27%,富营养化潜值降低了46.78%。（3）中国北方地区传统农田和苜蓿草地生态系统在资源利用和环境代价在空间尺度上差异较明显,呈现出西部高于东部的特征。（4）影响两种生态系统的主要环境影响类型均为环境酸化和富营养化,与大量的化肥生产、施用和灌溉电力消耗密不可分,因而实施配方施肥、合理灌溉、秸秆还田是降低我国北方地区传统农田和苜蓿草地生态系统生命周期内生态环境负面影响的关键。     

城市废弃物资源化共生网络:概念、特征及体系解析

挖掘城市废弃物中有价值的资源,已经成为世界各国开展废弃物开发与管理的共同选择。产业共生是推动经济绿色发展和提高资源效率的战略工具,已经成为探讨废弃物资源化利用问题的重要视角。将产业共生理论引入城市废弃物资源化利用领域,提出城市废弃物资源化共生网络的概念,并将其典型特征概括为"四个统一",即价值网络与责任网络的统一,集聚共生与虚拟共生的统一,稳健型与脆弱性的统一以及自组织性与主体建构性的统一。借鉴超网络理论构建城市废弃物资源化共生网络体系的结构模型,并从共生单元、共生模式、共生界面和共生环境4个层面对该模型进行详细解析。城市废弃物资源化共生网络可分为核心网络和外围网络,两者之间存在全方位、多层次的合作机制。在城市废弃物资源化共生网络中,共生单元具有多层次性和多样性特征,它们之间存在着不同类型、效率各异的共生关系,推动共生模式向对称互惠一体化共生进化是破解城市废弃物资源化利用难题的关键;共生界面具有物质交换、能量传递、信息共享、知识传播及利益协调等多样化功能,而共生关系的进化以及共生界面功能发挥又依赖于优越的共生环境。此外,城市废弃物资源化共生网络有依托型、平等型、嵌套型和虚拟型等4种运作模式,国内典型案例分析表明这4种运作模式将长期并存。     

基于物质流分析的废纸回收利用体系生态成本研究

废弃物回收利用在一定程度上对缓解资源和环境危机起到积极的作用,已经成为可持续发展的重要举措,但生产过程中消耗的资源、能源,排放的污染物同样也会对自然环境产生负面影响。为解决此问题,以废纸回收利用体系为例,基于物质流分析方法构建了生态成本核算模型,为废弃物回收利用体系优化提供基础。在对生态成本相关研究归纳总结的基础上,定义了生态成本的概念,界定了生态成本的研究内容,并分析基于物质流核算生态成本的可行性。生态成本是对生态负荷的价值化,主要分为资源耗减成本、污染产生和环境保护成本以及生态环境损害成本3部分。污染产生和环境保护成本可以通过将总成本按比例分配给正、负产品的方式求得,资源耗减成本和环境损害成本借助LIME方法核算,总生态成本是回收利用体系内部各项生态成本的总和。生态成本核算是评价生态负荷的重要手段,在废纸回收利用体系物质流动图的基础上,分析各生产流程生态成本的构成情况。提出的生态成本核算模型不仅适用于废纸回收利用体系,其他废弃物也同样适用。通过生态成本的核算,寻找到对生态环境影响较大的工序、流程,为废弃物回收利用体系经济与环境的双赢提供理论与实践指导。     

工业园区氮代谢——以江苏宜兴经济开发区为例

以江苏宜兴经济开发区为例,基于物质流分析构建了工业园区的氮代谢网络和分析方法,解析了工业园区中产业系统和污水处理系统的氮代谢途径和通量。研究表明,氮物质流系统的源和汇比磷物质流系统多,流通量大且较为集中;氮肥生产、纺织印染和食品加工行业是宜兴经济开发区的主要氮排放源;企业自备处理设施除氮效果较好,去除率约79%,而污水处理厂由于设计和运行等原因氮去除率较低,约57%;生活污水氮去除率低;直接排入水体的降水造成的水体负荷约28%。由此,建议企业继续完善企业内处理设施,对集中污水处理厂进行脱氮除磷提标改造,同时加强对园区内生活污水、生活垃圾和企业固体排放物的管理。