产业生态学中环境投入产出分析研究(2)

　　2 环境投入产出分析在产业生态学的应用
　　
　　本文将环境投入产出分析在产业生态学的主要应用归纳为六类：环境压力核算、生命周期评估、因素相对贡献分析、产业链路径分析、风险影响分析和环境网络分析。
　　
　　2. 1 环境压力核算
　　
　　对于某个部门或者区域的环境压力核算包括三种方法：基于生产的方法（Production-based method）、基于消费的方法（Consumption-based method）和基于收入的方法（Income-based method）。这三类方法分别反映某个部门或者区域在产业链路径上不同位置的重要性。由于Leontief 逆矩阵和Ghosh 逆矩阵能够完整反映经济系统内的产业链累计效应，投入产出模型便成为环境压力核算所青睐的工具。
　　
　　基于生产的方法反映某个部门或者区域直接产生的环境压力[31],即公式（7）中的向量 p,其数值大小反映该部门或者区域作为直接产生者的重要性。基于消费的方法反映对某个部门产品的最终需求或者某个区域的最终消费所累计（包括直接和间接）导致的上游产生的环境压力[31-35],将公式（8）中的 y对角化可以计算得到，其数值大小反映该部门或者区域作为末端消费者的重要性。基于收入的方法反映某个部门或者区域创造增加值所累计导致的下游产生的环境压力[7,8,36],将公式（9）中的 v对角化可以计算得到，其数值大小反映该部门或者区域作为初始供应者的重要性。
　　
　　目前的环境压力核算研究大都基于价值型投入产出表，所关注的主要环境压力指标包括水[37-39]、矿物质[40-42]、生物质[40-42]、二氧化碳[32,43-47]、汞[33,48,49]、细颗粒物（PM2. 5）[50,51]、以及其他常规污染物[40,41].
　　
　　2. 2 生命周期评估
　　
　　生命周期评估考察产品整个生命周期中各个生产环节所产生的环境压力。生命周期评估方法大体可以分为三类：传统的基于过程的生命周期评估、投入产出生命周期评估和混合生命周期评估。
　　
　　传统的基于过程的生命周期评估通过自下而上的方法收集产品各个生产环节的直接物质投入数据、生产直接投入的物质产生的环境压力、以及生产直接投入物质所需要的间接投入和相应的环境压力[52].传统的基于过程的生命周期评估对物质投入和相应环境压力的追溯类似一张树状图，旨在将相关物质的所有生产环节和相应的环境压力纳入其系统范围。但是在实际应用中，由于数据和工作量的限制，传统的基于过程的生命周期评估只能向上追溯有限层物质投入和相关的环境压力，并且其产品矩阵数据所涵盖的产品类别比较有限，不能反映经济系统的完整边界。这就造成了传统的基于过程的生命周期评估的“截断误差”,即忽略部分深层次物质投入和相关环境压力所导致的结果误差[52].这种“截断误差”来源于：传统的基于过程的生命周期评估只能考虑部分相关的供应链路径，而无法考虑经济系统内所有的供应链路径。
　　
　　投入产出生命周期评估解决了传统的基于过程的生命周期评估的“截断误差”问题。投入产出生命周期评估一般基于价值型投入产出模型的 Leontief 逆矩阵，刻画各个部门的生产活动所直接和间接导致的环境压力。Leontief 逆矩阵考虑经济系统内所有的供应链路径，从而拓展传统的基于过程的生命周期评估的系统边界[9,52-54],因此能够解决传统的基于过程的生命周期评估的“截断误差”问题。但是，投入产出生命周期评估是基于生产部门，其结果反映的是该部门的平均水平，无法反映某个具体产品的生命周期结果，而传统的基于过程的生命周期评估则能够针对具体产品进行分析。
　　
　　为了弥补传统的基于过程的生命周期评估和投入产出生命周期评估的各自缺陷，相关学者提出混合生命周期评估。混合生命周期评估将传统的基于过程的生命周期评估和投入产出生命周期评估相结合，发挥各自所长来刻画某个具体产品的生命周期影响[52].混合生命周期一般包括两类做法。第一类做法是：首先根据传统的基于过程的生命周期评估来划分产品的生产环节并构建各个环节的直接物质投入清单，再利用投入产出生命周期评估计算直接投入物质对应的相应部门的累计（包括直接和间接）环境压力因子，最后通过直接物质投入清单和各种物质对应部门的累计环境压力因子计算得到某个具体产品的生命周期环境影响。第二类做法是：首先根据传统的基于过程的生命周期评估来划分产品的生产环节并构建各个环节的直接物质投入清单，再根据混合型投入产出模型的理念将各个生产环节看作投入产出模型的子部门，最后基于构建的混合型投入产出模型的 Leontief 逆矩阵计算得到某个具体产品的生命周期环境影响。
　　
　　2. 3 因素相对贡献分析
　　
　　投入产出模型通过 Leontief 逆矩阵反映生产部门之间的关联关系，通过 y反映最终需求结构，为分析经济系统结构与环境压力的关系提供基础。将投入产出模型与结构分解分析方法相结合，可以描述各种社会经济因素的变化对经济系统环境压力变化的相对贡献[55-57].将公式（8）中的 y拆分为最终需求结构ys和最终需求规模 yv的乘积，公式（8）可写为公式（10）的形式，环境压力的变化量Δe 可以拆分为公式（11）的形式。
　　
　　e = f × （I- A）- 1× ys× yv（10）
　　Δe = Δf × （I- A）- 1× ys× yv+ f × Δ（I- A）- 1× ys× yv+ f × （I- A）- 1× Δys× yv+ f × （I- A）- 1× ys× Δyv（11）公式（11）
　　
　　右侧的四项依次分别代表环境压力强度变化、生产结构变化、最终需求结构变化和最终需求规模变化对环境压力变化量的相对贡献。这四个因素在基于投入产出模型的结构分解分析中比较常见[58,59],也有研究将相关的因素进一步分解，如将最终需求结构分解为最终需求产品结构和最终需求类别结构，将最终需求规模分解为人均最终需求量和人口，以及分析二氧化碳时将环境压力强度分解为能源强度和排放强度[39,40,48,50,60-64].需要注意的是，结构分解分析假设所分解出来的各个因素是相互独立的，在判断是否可以分解出新的因素时，要看新分解出来的因素与其他因素是否保持相对独立。
　　
　　由于基于实物型投入产出模型和混合型投入产出模型计算出来的最终需求结构没有实际物理意义，结构分解分析一般基于价值型投入产出模型。结构分解分析考察的是两个时间点之间的因素变化情况，这就需要剔除价格变动的影响，即将不同时间点的价值型投入产出模型折算为可比价格。价值型投入产出模型一般按照当年价格编制，现有研究一般利用价格指数（如生产者价格指数、居民消费价格指数、国内生产总值指数等）将不同时间点的投入产出模型折算为某一年的不变价格，从而使不同时间点的因素具有可比性。
　　
　　另外，假设分解出来m 个因素，则公式（11）将有 m!种形式，如分解出4 个因素将有4!=24 种形式。虽然每种形式在数学上都是正确的，但是每种形式都不能完全代表结构分解分析的结果，这就是结构分解分析中的非唯一性（non-uniqueness）问题[55,65].为了解决这个问题，一般做法是对所有分解形式的结果求取均值作为结构分解分析的最终结果[65].