温 剑，苏世伟

(南京林业大学 经济管理学院，南京210037)

1 引言

生命周期评价(Life Cycle Assessment, LCA)是评估供应链环境影响最常用的方法。基于LCA的碳足迹能够量化产品在生产、使用和废弃处理等不同阶段排放的温室气体，尤其在林业领域，这对量化森林碳汇水平与整个林业的气候减排能力具有重要意义。但考虑到关于森林木材供应链的生命周期影响评价(Life Cycle Impact Assessment, LCIA)方法的研究仍然缺乏，大多数研究只选择了一小部分的影响类别和指标，缺乏科学性和合理性，甚至缺乏LCIA方法论的理论知识和前沿进展。

在国际化标准组织在ISO14040指南中的定义：生命周期影响评价旨在识别出整个产品生命周期中对企业产品系统关键的潜在环境问题[1]。LCIA方法源于20世纪90年代，该方法理论性强，涉及环境学、生态学、气候学、化学、毒理学等多个学科。美国环境毒理学和化学学会关于生命周期影响评价方法按照“三步走”模型进行，即分类、特征化和量化[2]。在实践中，LCIA阶段在很大程度上是自动化的，本质上就要求从业者通过LCA软件中的菜单和按钮来选择LCIA方法和其他的一些设置。多年来，学者针对不同影响类别(例如颗粒物排放、土地利用、水利用[3]等)开发了许多特征化模型，并针对特定研究对象改进已有的LCIA特征化模型及因子，这些模型在复杂性、分辨率和地理覆盖范围都有所提高。尽管国际上LCIA方法范式趋于成熟，但多数学者的LCIA研究仍存在诸多问题[4]：一是影响类别评估的方法选择不科学，且多数研究都基于旧方法、旧版本展开，并局限于某一区域，很少运用ReCiPe2016、IMPACT World+等新推出方法的适用于全球的影响评价方法；二是单个LCIA研究并不能涵盖所有的影响类别，使得某些关键的潜在环境问题不能识别，使得LCA结果并不具有可信度和缺乏完整性；三是由于清单数据收集的复杂性和缺乏完整性，使得LCIA发展停滞不前。

本研究的可视化是由国际通用的CiteSpace工具实现的，它旨在阐明科学范畴的动态进展。CiteSpace利用嵌入式算法来可视化大量书目记录中随时间变化的知识结构，并检测科学领域的新兴趋势。借助文献计量学软件CiteSpace的可视化功能可以较为客观地评价LCIA领域的研究趋势[5]。

本文目的在于梳理近20年LCIA领域的文献，反映该领域目前的研究进展，对森林木材供应链的LCIA提供一些指导，从而促进林产品碳足迹的研究。本文运用CiteSpace5.8.R1工具对LCIA领域的文献进行计量分析，通过Web Of Science自带的文献分析功能和文献共被引等角度，总结提炼LCIA领域中的发展态势和研究热点，掌握该领域当前发展现状，为科学选择研究方向提供参考。本文剩余部分安排：第二部分介绍数据来源和CiteSpace研究方法；第三部分基于CiteSpace文献共被引功能总结归纳了生命周期影响评价的研究进展、热点方向，总结了在林产品碳足迹方面的LCIA研究；第四部分为结论。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文以Web of Science(WOS)核心合集数据集作为数据来源，检索主题为“‘LCIA’and‘life cycle impact assessment’”；检索时间跨度为2001—2021年；文献选择“article”，总共检索到680篇文献(截至2021年8月)。

2.2 CiteSpace方法

CiteSpace通过文献的共被引耦合可以分析某一领域的基础知识、研究前沿和演化趋势[6]。利用CiteSpace进行共被引分析可以对LCIA领域的主题模式进行可视化分析，通过文献共被引时区图分析可以揭示研究趋势，我们可以对这一领域的科学发展状况有一个深刻的了解。本文以680篇文献为样本，时间切片为4年，节点为“Reference”，阈值为Top50。

3 结果分析与讨论

3.1 2001—2021年该领域文献发表情况

根据WOS自带的出版年份统计，2001年发表了14篇与LCIA有关的文章，虽然2002年只发表了4篇，但从2014—2020年，每年都有近50篇论文出现。年度研究产出见图1。结果表明，国际学术界对LCIA主题研究的关注不断增加，体现了对环境领域研究热度的不断升高，研究成果总体上呈现较为明显的增长态势。

图1 2001—2021年间WOS发文量情况

通过对LCIA领域的国家/地区发文及相关期刊发文进行了汇总，具体见表 1。其中，美国、丹麦和瑞士三国发文量位居前三，美国发文量最高，其次丹麦。美丹瑞法这四国发文量占比超过国际该领域的50%，可见这四国是LCIA领域发展的重大推力。

表1 2001—2021年国家/地区及国际出版物论文发表情况

从国际期刊发文来看，关于LCIA的文章在128种期刊上发表，这意味着LCIA的研究分散在不同的研究领域中。环境科学与生态学期刊International journal of Life Cycle Assessment、Journal of Cleaner Production、Science of Total Environment、Environmental Science Technology和Journal of Industry Ecology占据前五排名，共计发文431篇，占比为63.38%。此外能源与燃料学期刊Biomass Bioenergy也跻身前十，共计发文6篇，占比0.882%。以生命周期影响评价为主题词的研究中，环境科学生态类期刊发文量大于能源与燃料，体现了生命周期影响评价在环境生态领域的研究热度，与当前大趋势环境热点高度相关。

3.2 2001—2021年国际LCIA领域热点分析

利用CiteSpace工具的文献共被引功能对2001—2021年的680篇论文的所有参考文献进行分析，结果显示：在共被引网络中，共有 1 585 个节点，表示所引用的参考文献；年轮颜色代表其被引用的年份分布，大小与被引次数有关。因此可以识别出LCIA领域5篇共被引最高的文献(见图2)。

图2 文献共被引网络的可视化图谱

共被引用最多的文献[7]在2009年综述了LCA方法的最新进展，强调了一些新出现的问题，包括LCA的四个阶段，在LCIA阶段重点讨论了特征化模型的特点以及特定影响类别和权重方面的一些进展。被引用次数第二多的论文是Hauschild, Goedkoop[8]，他们收集了现有的LCIA方法，并在中点和端点水平找出了最好的特征化模型，并补充了其他可能用于LCIA的环境模型。结果显示在中点水平14个影响类别被推荐使用，其中3个列为满意，10个需要改进，1个谨慎使用；在端点方面只发现了三个值得被推荐的特征化模型。Wernet, Bauer[9]介绍了ecoinvent数据库版本3的更新情况，能够为真正的全球数据库奠定基础并且强调了区域化LCIA的重要性。Koellner, de Baan[10]提出了在全球范围内计算土地利用对生物多样性和生态系统服务影响的原则和建议，并提出进一步发展的领域在于与前景系统运行的区域生态模型的联系和间接土地利用。最后Hellweg and Canals[11]又回顾了LCA的最新发展，包括支持政策制定、产品开发和采购以及消费者选择中基于环境信息的决策和新兴应用。综上所述，这些高被引的论文对于理解LCIA的知识领域是必不可少的。它们之间的引用关系以及与数据集中其他论文的引用关系在支持和解释基础理论以及构建LCIA领域知识库方面发挥着重要的作用。

基于节点的连通性，通过聚类分析并根据聚类的大小，得到“区域化”(regionalization)、“全球变暖潜势”(global warming potential)、“水足迹”(water footprint)、“淡水生态毒性”(freshwater ecotoxicity)、“非生物资源”(abiotic resource)、“解释”(interpretation)、“混合LCA”(hybrid LCA)、“淡水生境”(freshwater habitat)、“生态毒性”(ecotoxicity)9个聚类，反映了本领域的几个重要的发展方向。通过图 3的聚类时区图，可以直观了解生命周期影响评价领域重要文献的发表年份。聚类0、3、10的引文在不同年份均有分布，可见其知识基础在不断更新和发展；聚类7、32的引文发表时间较近，可见非生物资源、淡水生境是本领域中的新兴趋势。此外，聚类间节点的连线还体现了不同研究方向知识基础的交叉，有利于拓宽新的研究思路以及新的发展方向。

图3 文献共被引网络聚类时区图

3.2.1 聚类0：区域化

通过对重要的施引文献的调研发现，2001—2021年主要围绕以下内容开展研究。在全球范围内计算土地利用影响、生物多样性影响[12]以及土地利用对生物生产的影响[13]的全球特征化因子；联合国环境规划署和国际环境毒理学和化学学会联合发布的生命周期倡议开始对环境LCIA指标提供全球指导，并专注解决LCIA几个跨领域问题，包括时空方面、参考状态、标准化和加权以及不确定性评估；在区域化清单数据库方面，ecoinvent第三版于2013年出版，目的是扩展数据库内容，为真正的全球数据库奠定基础，支持区域化LCIA，并提供多系统模型，便于不同地区数据的集成，减少维护工作量。

3.2.2 聚类2：全球变暖潜势(Global Warming Potential, GWP)

多数学者在进行LCIA研究时，将GWP作为其中一个影响类别来评价潜在环境影响。例如在林业方面计算碳足迹时，往往采用静态的方法，且仅能计算系统边界内总的温室气体在100年时的气候影响，由于缺乏时间参数，无法评估生物碳，使得LCIA依赖于稳态模型，限制了LCA的准确性。Levasseur[14]在生命周期清单中考虑了时间的分布，从而得到一个动态清单，使得LCIA特征化模型被动态求解，以获得依赖于污染物排放时刻的动态特征因子，进而提高了准确性。

3.2.3 聚类3：水足迹

不同学者在对水足迹进行量化时，提出了几种方法来估计水量变化对环境的潜在影响(如地下水足迹[15]、水资源压力指数[16]等)，但这些方法只关注了水资源的地理分布，并未考虑水源的差别。Yano, Hanasaki[17]量化了全球粮食生产对淡水供应的潜在影响，利用水资源不可利用因子建立基于LCIA的全球水资源模型，每一种水源(包括降雨、地表水和地下水)都有一个不同的水量，这个水量是根据每个地理水循环可再生率估计的。

3.2.4 聚类6：水生生态毒性和聚类40：生态毒性

生态毒性影响类别在LCIA中难以量化，因为它们的局部范围难以与LCA中使用的全球影响类别合并。为了能够评估毒性等局部影响，LCIA开发者越来越多地将命运模型纳入LCA，并且同一物质在淡水和海水生态系统的水生生态毒性影响有很大不同。学者在生态毒性研究方面未来应该注重区分淡水和海水的不同影响机制和环境路径。

3.2.5 聚类7：非生物资源

聚类7非生物资源是LCIA领域中较为新颖的研究方向，通过对聚类的施引文献调研发现，研究主要围绕在资源临界、循环经济、生态系统服务、绿色技术、可持续生产和消费背景下讨论使用非生物资源的不同影响。但由于对非生物能源使用的影响评估没有达成全球共识，新的方法对资源使用都有不同的观点和看法。欧洲创新与技术研究所下的SUPRIM项目第一步就是对非生物资源视角的明确定义，并通过更好的生命周期可持续评价方法对初级原材料进行可持续管理。

3.2.6 聚类10：解释

聚类10被标记为解释，包括敏感性分析和不确定分析等。以往的研究聚焦于产品的不确定性研究，而不是关注方法中潜在的不确定性。越来越多研究也开始评估LCIA方法对LCA结果的敏感性。Wang和Osseweijer[18]比较了六种常用的LCIA方法，来量化航空生物燃料对人类健康的影响以及选择方法对结果的影响。结论显示虽然这些方法多个方面互不相同，但在识别人类健康影响主要贡献者方面存在一致性，因此评估人类健康影响的LCIA方法的选择应视情况而定。今后的研究应当更加关注解决方法间的不确定性。

3.2.7 聚类32：淡水生境

由于全球价值链和气候变化对水资源产生的重大影响，并日益威胁着淡水生态系统，使得淡水生境成为当前新颖的研究方向。最近的LCIA方法建议，基于河流水力参数的变化来评估用水对淡水栖息地的影响，但由于缺乏全球数据和模型，这个方法仅限于法国。通过对施引文献的分析，Damiani和Roux[19]提出了一种新的计算区域化特征因子的方法，模拟耗水引起的河流生境变化潜力(river habitat change potential, HCP)，为鱼类和无脊椎动物开发了一个简化模型。HCP的大规模量化为机械LCIA模型的运行开辟了新的道路，并在该模型中考虑了淡水物种的生境偏好，以评估耗水量对生物多样性的影响。

综上所述，从9个聚类结果中可以归纳出LCIA领域的国际前沿问题，聚类0是区域化LCIA研究，不仅包括区域化清单数据库的构建，还包括对聚类2-3、6-7、32和40等影响类别进行区域化建模以及全球LCIA方法的开发；聚类10是对LCIA结果的解释，通过LCIA六步骤中的数据质量分析，主要研究不确定性。

3.3 LCIA在林业碳足迹领域的发展和未来研究趋势

传统LCIA方法在计算林业碳足迹时，根据GWP将不同温室气体统一转化为二氧化碳当量，从而确定相对于二氧化碳的温室效应，这种方法本质上忽略了生物碳排放的时间。越来越多学者开始纳入时间因素，比如基于时间函数的动态生命周期清单以及基于动态特征因子的模型，使得评估林产品生命周期总的碳足迹更加合理科学。

在未来林业碳足迹领域上，LCIA的发展显得尤为重要[20]。在企业层面，适当的共享数据，对非敏感产品或工艺进行生命周期影响评价，不但可以对企业自身的工艺改进和节能减排有帮助，而且也填补了部分产品缺少LCIA的空白，为完善LCIA背景数据库做出贡献。此外，企业也需要谨慎对待在一个阶段可以减轻环境影响但在其他阶段可能产生更多不利影响的战略，未来企业在可持续发展战略的商业策略上应注重考虑以供应链为导向的LCIA研究，识别出对商业和环境战略定义影响最大的生命周期方法中的不确定性来源。

3.4 局限性讨论

CiteSpace工具可以检测和分析LCIA领域的研究前沿和知识关系，从而掌握该领域的演进趋势、发展方向及热点[21]。然而由于软件参数设置问题使得分析结果缺乏科学合理性，数据集收集不完整也会造成结果的局限性，如全球区域化LCIA方法完善、LCIA方法间差异原因的量化和LCIA多学科多模型整合等热点问题均未得以体现。

4 结论

本文利用CiteSpace软件对2001—2021年间在Web Of Science收录的以“生命周期影响评价”为主题的文献进行了分析，总结归纳了LCIA的研究进展和热点，促进LCIA在林业碳足迹领域的发展研究。

① 2001—2021年近20年间LCIA领域发展稳定，发文量大。其中美国的研究成果居世界首位，美国、丹麦、瑞士、法国总发文量占比超过LCIA领域的50%。

②从国际刊物来看，环境科学与生态学期刊International journal of Life Cycle Assessment作为LCA领域的专刊，发文量居首位，其余环境生态类期刊，例如Journal of Cleaner Production、Science of Total Environment和Environmental Science Technology发文量也在不断增加。

③从国际该领域的热点来看，共有区域化、GWP、水足迹、淡水生态毒性、非生物资源、解释、混合LCA、淡水生境、生态毒性9个重要聚类。未来还需围绕土地利用、水利用、生物多样性等全球性热点问题开展研究。

④在林产品碳足迹领域，动态生命周期清单和动态特征因子虽然已有众多学者开发，但两者之间的关联性仍然值得商榷，LCIA方法还需要进一步完善和发展，

⑤由于CiteSpace工具的局限性，后续研究中应进一步完善参数的科学合理性，能够全面反映出生命周期影响评价领域的前沿问题。