棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)評(píng)價(jià)研究綜述

陳爽 豐翔 劉書(shū)軼 王曉蓬 邱笑笑 王來(lái)力,2

（1.浙江理工大學(xué) a.服裝學(xué)院b.科學(xué)技術(shù)研究院，浙江 杭州 310018；2.浙江省服裝工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310018）

棉紡織服裝產(chǎn)品具有優(yōu)良的服用性能和經(jīng)濟(jì)性能，是消費(fèi)量最大的紡織服裝產(chǎn)品類(lèi)別之一。從原材料獲取、產(chǎn)品加工、消費(fèi)使用到廢棄處理，棉紡織服裝產(chǎn)品的各生命周期階段均會(huì)產(chǎn)生環(huán)境影響，例如，在棉花種植階段大量的水資源消耗產(chǎn)生水資源短缺壓力，產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)階段耗能產(chǎn)生的溫室氣體排放造成全球變暖，因此，棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期環(huán)境影響研究受到廣泛的關(guān)注。本文對(duì)棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)類(lèi)研究文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析，揭示了該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與趨勢(shì)，并討論了棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)量化與評(píng)價(jià)中的固碳效應(yīng)、水足跡評(píng)價(jià)的區(qū)域化、環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)方法等關(guān)鍵問(wèn)題，為棉紡織服裝產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)、綠色生產(chǎn)、綠色消費(fèi)提供參考。

1 棉紡織產(chǎn)品環(huán)境表現(xiàn)評(píng)價(jià)研究計(jì)量分析

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

在WEB OF SCIENCE核心數(shù)據(jù)庫(kù)中，選擇文獻(xiàn)類(lèi)型為“article”，選擇主題為“fiber,yarn,fabric,clothing,garment,apparel,product,textiles,life cycle assessment,carbon footprint,water footprint,chemical footprint”，檢索詞之間以“OR”或“AND”進(jìn)行連接，得到文獻(xiàn)195篇。刪除與棉紡織品生命周期評(píng)價(jià)研究無(wú)關(guān)的條目后，得到77篇文獻(xiàn)，時(shí)間分布于2008年1月1日至2021年12月31日。

在CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)中，選擇文獻(xiàn)類(lèi)型為“期刊”，利用高級(jí)檢索，選擇主題“纖維，紗線，面料，服裝，紡織品，棉，再生棉，回收棉，生命周期評(píng)價(jià)，碳足跡，水足跡，化學(xué)品足跡”，檢索詞之間以“OR”或“AND”連接，最終得到39條結(jié)果。刪除與棉紡織品生命周期評(píng)價(jià)無(wú)關(guān)的條目后，得到28篇文獻(xiàn)，時(shí)間分布于2003年1月1日至2021年12月31日。使用Cite Space 5.8.R3W（32bit）版本軟件對(duì)篩選得到的中文和英文文獻(xiàn)進(jìn)行研究熱點(diǎn)和演進(jìn)趨勢(shì)計(jì)量分析。

1.2 計(jì)量結(jié)果分析

研究文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的聚類(lèi)時(shí)間線圖譜能夠有效呈現(xiàn)出某一領(lǐng)域中的關(guān)鍵詞聚類(lèi)分布和關(guān)鍵詞熱點(diǎn)演變，每個(gè)聚類(lèi)所對(duì)應(yīng)的橫向粗線代表了該聚類(lèi)在時(shí)間軸上出現(xiàn)的分布狀況，粗線越長(zhǎng)，聚類(lèi)關(guān)鍵詞跨越的時(shí)間就越長(zhǎng)[1]。聚類(lèi)標(biāo)簽前的序號(hào)越小，聚類(lèi)中包含的關(guān)鍵詞越多，結(jié)合高中介中心度關(guān)鍵詞可進(jìn)一步確定特定領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2]。聚類(lèi)模塊性指數(shù)Q值和聚類(lèi)輪廓性指數(shù)S值來(lái)評(píng)估圖譜聚類(lèi)效果，一般認(rèn)為Q>0.3意味著聚類(lèi)結(jié)構(gòu)顯著，S>0.5聚類(lèi)就是合理的，S>0.7意味著聚類(lèi)是令人信服的[3]。

由圖1可知，Q=0.7099，S=0.8840，說(shuō)明2008~2021年棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)類(lèi)研究英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類(lèi)效果顯著。棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)類(lèi)英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類(lèi)結(jié)果排前四的依次是“cleaner production”、“conventional cotton”、“natural fibres”、“virtual water trade”。出現(xiàn)時(shí)間較早的關(guān)鍵詞聚類(lèi)有“conventional cotton”、“natural fibres”、“circular economy”、“international trade”，其 中“conventional cotton”和“circular economy”至今依然是研究熱點(diǎn)。近8年新出現(xiàn)的關(guān)鍵詞聚類(lèi)有“crop nitrous oxide emissions”、“carbon footprint”、“environmental impact”和“denim”。

圖1 2008~2021年棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)類(lèi)研究英文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類(lèi)時(shí)間線圖譜

由圖2可知，Q=0.7162，S=0.8192，說(shuō)明2003~2021年棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)類(lèi)研究中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類(lèi)效果亦顯著。棉紡織產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)類(lèi)中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類(lèi)結(jié)果排前四的依次是“織布廠”、“紡織產(chǎn)品”、“生態(tài)設(shè)計(jì)”、“棉花”。近10年新出現(xiàn)的關(guān)鍵詞聚類(lèi)有“織布廠”、“棉花”、“活動(dòng)水平數(shù)據(jù)”和“連續(xù)軋染”。

圖2 2003~2021年棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)類(lèi)研究中文文獻(xiàn)關(guān)鍵詞聚類(lèi)時(shí)間線圖譜

由圖1和圖2對(duì)比可知，在2009年前后就出現(xiàn)了較多研究棉紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)的英文文獻(xiàn)，而在2012年前后對(duì)棉紡織產(chǎn)品環(huán)境表現(xiàn)研究的中文文獻(xiàn)才逐漸增加。在研究熱點(diǎn)和研究?jī)?nèi)容方面，英文和中文文獻(xiàn)的研究相同點(diǎn)體現(xiàn)在對(duì)于環(huán)境表現(xiàn)基礎(chǔ)理論的研究，例如都采用水足跡、碳足跡指標(biāo)評(píng)價(jià)棉紡織產(chǎn)品生命周期的環(huán)境表現(xiàn)。英文文獻(xiàn)較多聚焦在宏觀層面，如提出實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目標(biāo)、強(qiáng)調(diào)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的國(guó)際政策，并關(guān)注不同的評(píng)價(jià)方式的準(zhǔn)確性，而中文文獻(xiàn)則根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，較多地研究了我國(guó)主要棉產(chǎn)地——新疆地區(qū)棉花種植階段的環(huán)境表現(xiàn)和棉紡織服裝產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能減排措施以及不同棉紡織服裝產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的改進(jìn)。

2 棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)

對(duì)篩選出的文獻(xiàn)中棉紡織服裝產(chǎn)品研究對(duì)象類(lèi)別和研究結(jié)果分別進(jìn)行匯總，結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 棉紡織服裝產(chǎn)品環(huán)境表現(xiàn)評(píng)價(jià)研究對(duì)象

表2 棉紡織服裝產(chǎn)品環(huán)境表現(xiàn)研究結(jié)果

由表1可知，針對(duì)原生普通棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)研究的文獻(xiàn)最多，其次是對(duì)再生棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)的研究。在普通棉紡織產(chǎn)品的研究對(duì)象中，以成衣為研究對(duì)象的文獻(xiàn)最多，以紗線為研究對(duì)象的文獻(xiàn)最少。

續(xù)表2

由表2可知，現(xiàn)有文獻(xiàn)中的研究系統(tǒng)邊界包括棉纖維原材料獲取、棉紡織服裝產(chǎn)品生產(chǎn)加工、消費(fèi)使用和廢舊處理等多個(gè)階段，其中既有聚焦于其中一個(gè)階段分析過(guò)程產(chǎn)品（如棉纖維、棉紗線）的環(huán)境表現(xiàn)，亦有終端制成品（如棉襯衫、棉牛仔褲）全生命周期階段的環(huán)境表現(xiàn)。核算棉紡織服裝產(chǎn)品的環(huán)境影響通常有兩種方法：一種是借助環(huán)境影響評(píng)價(jià)軟件進(jìn)行計(jì)算，常用的環(huán)境影響評(píng)價(jià)軟件有GaBi、OpenLCA、SimaPro、CMLCA；另一種是基于ISO 14040、ISO 14044、ISO 14067、PAS 2050等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范規(guī)定的方法自主進(jìn)行計(jì)算[17]。即使是相同的核算邊界和同一類(lèi)產(chǎn)品，采用不同的核算方法得到的核算結(jié)果往往具有一定差異性，例如文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[7]都是分析1kg原生普通棉纖維的環(huán)境表現(xiàn)，但其中全球增溫潛勢(shì)的核算結(jié)果分別為4.430 kg CO2eq和2.446 kg CO2eq。

3 討論

基于棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期的環(huán)境表現(xiàn)量化與評(píng)價(jià)已開(kāi)展了大量研究，但仍有需進(jìn)一步探討的關(guān)鍵問(wèn)題，例如棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期的固碳效應(yīng)、水足跡評(píng)價(jià)的區(qū)域化差異、多維環(huán)境表現(xiàn)量化與評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合可比性等。

3.1 棉紡織服裝產(chǎn)品的固碳效應(yīng)

棉植株生長(zhǎng)過(guò)程中光合作用吸收二氧化碳，釋放氧氣，因此棉花在種植階段，也即棉纖維的生成階段具有一定的固碳效應(yīng)。Muthu等[18]的研究指出每公頃的棉田一年內(nèi)的固碳量為11噸CO2，Liu等[7]結(jié)合IPCC指南計(jì)算出在新疆地區(qū)每0.58公頃的棉田固定1160千克C，可折算為3811千克CO2。棉纖維作為光合作用的產(chǎn)物，其廢棄后焚燒或自然降解時(shí)，其中的碳元素以CO2、CH4等形式返回到大氣中，因此棉紡織服裝產(chǎn)品的固碳效應(yīng)受其使用時(shí)間長(zhǎng)短的影響，也即棉紡織服裝產(chǎn)品使用時(shí)間越長(zhǎng)，其中的碳元素釋放到空氣中的時(shí)間越遲，固碳效應(yīng)越顯著，反之，則固碳效應(yīng)越不顯著。增加棉紡織服裝產(chǎn)品循環(huán)利用的次數(shù)，可以延長(zhǎng)其使用時(shí)間，加強(qiáng)棉紡織服裝產(chǎn)品的固碳效應(yīng)。

3.2 棉紡織服裝產(chǎn)品水足跡評(píng)價(jià)的區(qū)域差異

產(chǎn)品的水足跡主要依據(jù)Water Footprint Network方法和ISO 14046國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兩種方法進(jìn)行量化與評(píng)價(jià)，其中ISO 14046國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提出在水足跡評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)考慮不同區(qū)域水資源環(huán)境本底差異對(duì)水足跡評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，并建議用水消耗量乘以水稀缺度因子的計(jì)算方法進(jìn)行水稀缺足跡的區(qū)域化評(píng)價(jià)。亦有學(xué)者對(duì)水稀缺足跡的區(qū)域化評(píng)價(jià)提出新的方法，例如，Pfister等[19]提出了“水壓力指數(shù)”（Water stress index），根據(jù)某一區(qū)域中全年取水量與水資源可得量的比值得到水稀缺度因子；Boulay等[20]提出了“剩余可得水”（Available water remaining），以某一區(qū)域內(nèi)水資源可得量與該區(qū)域內(nèi)人類(lèi)和水生生態(tài)系統(tǒng)的水資源需求量的差值為基礎(chǔ)得到水稀缺特征因子。在水環(huán)境影響評(píng)價(jià)的多種水劣化水足跡指標(biāo)中，Roy等[21-22]研究了水酸化的命運(yùn)因子和暴露因子全球模型，并得出了全球范圍內(nèi)區(qū)域差異化的水酸化特征因子。在水富營(yíng)養(yǎng)化方面，Helmes等[23]提供了全球范圍內(nèi)水富營(yíng)養(yǎng)化的命運(yùn)因子，Azevedo等[24-25]研究了生物豐富度和水體磷濃度之間的關(guān)系，提供了全球范圍內(nèi)水富營(yíng)養(yǎng)化的影響因子。

棉紡織服裝產(chǎn)品的生命周期階段往往是跨區(qū)域的生產(chǎn)加工和消費(fèi)，例如一件棉T恤的整個(gè)生命周期階段，從棉花種植到消費(fèi)使用和廢棄處理，往往并不都在同一區(qū)域，其中某個(gè)鏈段也可能會(huì)在不同區(qū)域完成，而各地水資源環(huán)境壓力又有所不同，因此在對(duì)某一種棉紡織服裝產(chǎn)品進(jìn)行水資源環(huán)境影響評(píng)價(jià)時(shí)，需考慮不同生產(chǎn)階段所在地的區(qū)域特征化因子，才能對(duì)其水資源環(huán)境影響進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

3.3 棉紡織服裝產(chǎn)品的環(huán)境影響綜合評(píng)價(jià)方法

生命周期評(píng)價(jià)中針對(duì)不同的環(huán)境影響類(lèi)別有不同的指標(biāo)，例如，氣候變化、水稀缺足跡、水酸化足跡、陸地生態(tài)毒性、光化學(xué)臭氧、非生物耗竭潛力、平流層臭氧消耗等，各影響類(lèi)別的單位往往不同，例如，氣候變化影響指標(biāo)單位為CO2eq，水稀缺足跡單位為m3H2Oeq、水酸化單位為kgSO2eq，陸地生態(tài)毒性影響指標(biāo)單位為kg1,4-DCBeq，光化學(xué)臭氧影響指標(biāo)單位為kgC2H4，導(dǎo)致難以對(duì)不同棉紡織服裝產(chǎn)品的環(huán)境影響大小進(jìn)行比較。針對(duì)該問(wèn)題，目前已有多種環(huán)境影響歸一化表征方法，例如以價(jià)值形式表示的環(huán)境損益法、影子價(jià)格法，以評(píng)分形式表示的Higg材料可持續(xù)指數(shù)（Material sustainability index）、終點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)方法。

目前研究較為集中的是終點(diǎn)綜合評(píng)價(jià)方法，主要有Eco-indicator 99、ReCiPe 2016、IMPACT 2002+，該3種綜合評(píng)價(jià)方法通過(guò)數(shù)據(jù)分類(lèi)、標(biāo)準(zhǔn)化、特征化和加權(quán)得到綜合的環(huán)境影響分?jǐn)?shù)。Eco-indicator 99包含了11種影響類(lèi)型，最終得出生態(tài)指數(shù)分?jǐn)?shù)，其正負(fù)值代表環(huán)境負(fù)荷的嚴(yán)重程度[26]。ReCiPe 2016和IMPACT 2002+方法均采取中間點(diǎn)和終點(diǎn)相結(jié)合的方法，ReCiPe 2016包含17個(gè)中間點(diǎn)影響類(lèi)型和3個(gè)終點(diǎn)影響類(lèi)型，應(yīng)用范圍覆蓋全球；IMPACT 2002+包含14個(gè)中間點(diǎn)影響類(lèi)型和4個(gè)終點(diǎn)影響類(lèi)型，應(yīng)用范圍只覆蓋歐洲，IMPACT 2002+后又演進(jìn)為IMPACT World+，應(yīng)用范圍覆蓋全球，并且實(shí)現(xiàn)了局部地區(qū)的區(qū)域化評(píng)價(jià)[27-29]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于CiteSpace可視化文獻(xiàn)分析工具，對(duì)棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期研究類(lèi)文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析，并對(duì)棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)研究中的固碳效應(yīng)、水足跡評(píng)價(jià)區(qū)域化差異和結(jié)果綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行了討論，結(jié)論如下：

（1）基于CiteSpace的文獻(xiàn)計(jì)量分析，發(fā)現(xiàn)在棉紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)研究領(lǐng)域英文文獻(xiàn)多聚焦于生命周期評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性研究層面，中文文獻(xiàn)多聚焦于應(yīng)用方面。在對(duì)棉紡織服裝產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，因其核算邊界、數(shù)據(jù)收集、特征化因子的不同，評(píng)價(jià)結(jié)果差異較大。

（2）棉植株由于其光合作用使棉紡織服裝產(chǎn)品具有固碳效應(yīng)，棉紡織服裝產(chǎn)品使用時(shí)間越長(zhǎng)，固碳效應(yīng)越明顯。

（3）對(duì)棉紡織服裝產(chǎn)品的水足跡進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，需考慮不同區(qū)域的水資源環(huán)境本底異同，并基于不同區(qū)域水資源環(huán)境背景數(shù)據(jù)構(gòu)建區(qū)域特征化因子，以使水足跡結(jié)果更加準(zhǔn)確。

（4）基于環(huán)境影響的綜合評(píng)價(jià)方法可以將多維環(huán)境影響指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，最終統(tǒng)一為單一的定量指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)不同棉紡織服裝產(chǎn)品及其多維環(huán)境影響指標(biāo)之間的比較。