碳足跡與水足跡的概念、研究方法和應對政策比較

尚海洋，宋妮妮

(1. 蘭州財經大學農林經濟管理學院，甘肅 蘭州 730000；2. 蘭州財經大學經濟學院，甘肅 蘭州 730000)

自工業革命以來，人類活動導致地球氣候發生變化。越來越多的證據表明，化石燃料的燃燒導致了氣溫升高和極端天氣事件。尋找減少溫室氣體排放的途徑，需要了解導致溫室氣體排放的行為以及如何能有效減少它們。“碳足跡”(carbon footprint)已經成為測算與人類活動相關的溫室氣體排放的有力工具。而另一個全球關注的問題是淡水稀缺。 水危機問題將對經濟各部門產生深遠影響，尤其是糧食安全方面[1]。充足且合格的淡水是社會可持續發展的前提，也是自然生態系統健康循環的先決條件。在全球各地，淡水資源問題主要表現在含水層逐漸枯竭、河流干枯、水質惡化等方面[2]。人類活動對水資源的過度開發將危及生態系統健康，因此，迫切需要探索水資源管理新方法，研究可持續用水的解決方案，以滿足經濟社會發展的供水需求，并保護重要的生態系統。“水足跡”(water footprint)，主要用于研究人類消費與用水之間以及全球貿易與水資源管理之間的隱含聯系[3]。這一概念有助于了解生產、消費和貿易模式與用水之間的關系，以及在全球層面進行更科學的水資源管理。

盡管水足跡和碳足跡概念有相似之處，然而它們產生的根源和目的不同。碳足跡主要用于量化各種活動對氣候變化的影響，水足跡主要用于探索供應鏈中的用水。雖然兩個足跡具有不同的根源和特點，并且解決了不同的研究和政策問題，但在環境政策和企業社會責任領域的從業人員傾向于以與碳足跡相似的方式對待水足跡，如，沒有深究是否對水資源適用，將“碳中和(carbon neutral)”和“碳抵消(carbon offset)”等熱門議題轉換為“水中和(water neutral)”和“水抵消(water offset)”[4]。同樣，開發類似于碳足跡標簽的水足跡標簽，以與碳足跡同樣的方式將產品生命周期評估(life cycle assessment, LCA)應用于水足跡。最值得注意的是，如在碳足跡分析中所做的那樣，傾向于解釋水足跡的數量，而不考慮它的時空特征。由于每種足跡圍繞不同的問題構建，所以需要在其特定的背景下展開研究。

本文主要是通過分析碳足跡和水足跡的起源和特征來了解它們的相似性和差異性，并從方法學的角度比較這兩個概念，討論相關的應對政策，以期兩個領域的研究可以相互借鑒。

1 碳足跡和水足跡概念的起源

碳足跡和水足跡概念是在2002年前后相繼產生的。碳足跡作為衡量溫室氣體排放的工具，主要集中在氣候變化相關主題的討論中；水足跡作為衡量與消費模式有關的用水量評估工具，主要應用于水資源管理相關領域。這兩個術語都受到生態足跡(ecological footprint)的啟發[5]。無論是生態足跡、碳足跡、水足跡都是以不同的方式衡量人類對地球自然資源利用和自然資源的承載能力：EF測量對生物生產性用地的使用，以公頃計算；水足跡測量每年淡水資源的使用量和污染量，以立方米計算；碳足跡測量每單位時間或產品造成全球變暖的CO2當量。所有足跡共同特征是均與具體的活動、產品和消費模式相聯系，體現了自然資源在活動、產品中的嵌入。

1.1 碳足跡

隨著全世界對于全球氣候變化產生的原因及其后果的日益關注，1988年組建了政府間氣候變化專門委員會(the Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)[6]。IPCC在1990年發布了第一份評估報告，在此背景下提出了《京都議定書》，總體目標是與1990年的排放水平相比，2012年溫室氣體排放量減少5.2%。為了實現該目標，《京都議定書》設置了排放交易體系和一些允許抵消溫室氣體排放的機制。排放交易體系(“碳市場”)允許國家出售未使用的排放許可證給超過排放目標的國家。除了排放許可證的交易外，《京都議定書》還允許通過各種抵消機制獲得信用交易。與《京都議定書》下的正式碳市場并行，自愿性碳市場隨之出現。碳足跡越來越多地作為衡量與特定活動或產品相關的溫室氣體排放量的標準。

由于政府和企業對溫室氣體排放和全球變暖的關注，碳足跡演變成為一個獨立的概念，以溫室氣體排放量的CO2當量表示。盡管碳足跡在商業中得到普及和使用，但對于碳足跡仍沒有普適性的定義，碳足跡概念主要由私人組織和企業界定。Wiedmann等[7]認為現有的研究不能對碳足跡的定義和方法提供統一性，因此將碳足跡定義為“衡量由直接或間接活動引起的或在產品的生命階段積累的CO2總排放量”。Pandey等[8]將碳足跡描述為“在特定邊界內，由個人或組織通過產品或項目排放到大氣中以CO2當量表示的溫室氣體排放量”。這兩種定義都沒有將抵消考慮在內。然而，實際上企業傾向于宣稱碳抵消減少了碳足跡。此外，并不確定碳足跡是否僅涉及直接或間接的溫室氣體排放。在理論研究和社會實踐中，碳足跡廣泛適用于不同的主體、過程、產品、企業、行業部門以及各種活動和組織的整個供應鏈(或所有生命周期階段)[9]。

1.2 水足跡

水足跡的概念內涵是闡明人類消費與水資源利用以及全球貿易與水資源管理之間的隱含聯系。與社會實踐中產生的碳足跡不同，水足跡來源于科學研究。大約從2008年開始，水足跡獲得廣泛的社會關注，當年所建立的水足跡網絡(water footprint network，WFN)，目標之一是構建一個系統而科學、符合各方利益的水足跡評估框架。2009年，WFN發布了水足跡核算(water footprint assessment，WFA)全球標準的第一版。本標準是WFN在與世界各地組織和研究人員進行討論的過程中制定的，經過科學同行評審，展示了如何為不同實體核算水足跡，還包括評估水足跡可持續性的方法。雖然水足跡核算的定義和方法備受質疑，但目前還沒有開發出完全替代的方法(與碳足跡的情況不同)[10]。一般而言，水足跡評估的是淡水占用指標，以每單位時間用水量(蒸發或嵌入產品中)和污染量測算。水足跡概念更具體地針對特定的過程或產品，以及可以明確界定的消費者或生產者。從生產者和消費者的角度來看，水足跡得到的是直接和間接用水指標[11]。水足跡是具有時空特征的指標，不僅刻畫了用水量和污染量，還體現了用水地的區域特征。

2 碳足跡與水足跡的研究方法比較

碳足跡和水足跡概念互補，用于解決不同的環境問題——氣候變化和淡水稀缺。盡管在定義和計算2個足跡的方式上有相似之處，但兩者在關鍵方面仍有差異(表1)。如，年溫室氣體排放量的位置和時間是不相關的，而用水和水污染的位置和時間具有一定的相關性。了解兩種足跡的相似性與差異性，對于制定科學、有效的應對政策是非常重要的。同時，這種比較可以幫助決策者清楚判斷，依據一種足跡制定的緩解政策可以在多大程度上適用于另一種足跡。

表1 碳足跡與水足跡的研究方法比較

碳足跡和水足跡都是“環境壓力指標”，衡量人類對自然資源的利用和人為排放，但兩者的評估結果均無法說明所引起的具體環境變化。如，碳足跡雖刻畫了溫室氣體排放量，但無法直接從評估結果中判讀大氣中溫室氣體濃度升高或隨之而來的溫度、蒸發、降水或海平面變化等[12]；水足跡雖表示人類對淡水資源的消耗和污染，而卻無法揭示河流和含水層中徑流和水質的變化。作為壓力指標，碳足跡和水足跡既沒有給出環境變化的后果，也無法揭示這些環境變化對人類(如健康)和生態系統(如生物多樣性)的最終影響，但它們仍然是衡量人類施加于環境壓力的有用指標。碳足跡和水足跡的減排戰略旨在緩解環境變化及隨之而來的社會和生態影響[13]。

2.1 足跡構成

碳足跡包含與溫室氣體一樣多的組成部分，而水足跡由3部分組成：藍水(消耗地表水和地下水)、綠水(土壤水分)、灰水(與水污染相關)。

水足跡通常是3個構成部分的直接合計。而一些學者，借鑒碳足跡核算中對于不同溫室氣體排放量的加權核算思想，在水足跡測算中引入區域權重因子得到“升水當量”[14]，以比較水足跡的區域影響，這產生了對水足跡分析水稀缺問題的誤解。水足跡目的不在于揭示當地用水量的水文影響，而旨在衡量淡水資源的使用情況，以便確定如何在競爭性需求中分配水資源。在當地水資源稀缺的基礎上對水足跡區域加權，就像在石油存量稀缺的基礎上對兩個地區進行石油消費加權——這是沒有意義的，既無法解釋“我的水足跡取決于你的水足跡”問題，也不能為企業減少水足跡進行適當的激勵。

2.2 足跡核算

雖然碳足跡比水足跡應用更為廣泛，但它沒有標準統一的計算方法，常使用的碳足跡計算方法有自下而上、自上而下和混合方法3種。自下而上的方法，是基于LCA(life cycle assesment,LCA)的一種通過“從搖籃到墳墓”的分析方法估計產品的環境影響。該方法主要用于產品和個體碳足跡的估算。雖然自下而上的方法產生了相對精確的結果，但是對數據的要求較高，容易帶來系統邊界和過程中斷問題。自上而下的方法，用于計算較大范圍的碳足跡， 如部門，國家和地區，主要采用環境擴展輸入輸出分析(environment expansion input and output analysis, EE-IOA)[15]。這種分析利用投入-產出模型，刻畫國民經濟中不同部門與最終消費、不同國家經濟部門之間的相互依存關系，揭示了社會經濟中不同部門之間的經濟交易價值。混合方法，是將LCA分析的過程特性與EE-IOA的系統完整性相結合，保留了自下而上方法的精細性和準確性。

然而，水足跡核算具有統一的標準——由WFN于2009年發布并于2011年修訂的全球水足跡核算標準[16]。水足跡核算評估包括4個階段，即制定目標和范圍、核算、評估可持續性、提出應對措施。該標準涵蓋過程、產品、公司、個人消費者和消費者群體的水足跡計算方法，并且還包括可持續性評估和應對措施的準則[17]。水足跡核算主要有兩種方法，即自下而上和自上而下。自下而上的方法，可用于各種水足跡核算，對各種各樣的作物產品和農場動物產品進行產品水足跡研究，可以應用于所有水足跡計算。為了計算部門、省、國家和地區的水足跡，可以使用自上而下的方法來替代。采用自上而下方法的典型實踐方式，是基于貿易數據和交易商品的水足跡數據去分析國家的虛擬水平衡。在經典的自上而下的方法中，水足跡需要考慮地區的水資源總使用量加上虛擬水進口總量減去虛擬水出口總量[18]。

3 基于碳足跡與水足跡的應對策略比較

對氣候變化的關注越來越多，政府、企業和消費者正致力于減少活動和產品的碳足跡。兩個主要的應對策略是減排和抵消。碳減排是指以低碳密集的方式行動——通過應用低碳技術提高碳排放效率，這種技術使得單位生產的溫室氣體排放量較少，或通過完全停止某些生產或消費行為實現。碳抵消是指通過在其他地方以某些形式的碳捕獲或碳減少，采取外部行動來彌補特定碳足跡[19]。如果某一活動的碳足跡被100%抵消，則稱該活動是“碳中和”的。碳抵消和碳中和的概念被政府、企業、個人消費者廣泛應用和支持。

雖然已經制定和實施了各種碳足跡減排和抵消機制，但是水足跡應對機制仍在探索中。現在，為水足跡提出了與碳足跡相似的應對政策，在這兩個領域內出現了很多類似的概念，如碳減排與水減排、碳效率與水效率、碳抵消與水抵消、碳中和與水中和、碳上限與水足跡上限、碳許可證與水足跡許可證、碳標簽與水標簽等。在這些概念之中，除了已經應用了數十年的“水效率”，其他這些概念在水資源管理領域都是相對較新的。

緩解全球氣候變化的思路和概念被引入到水資源管理領域，雖然卓有成效，但也存在一定風險。水資源不同于碳排放，所以碳排放解決方案是否可以復制于水，備受質疑。此外，并非所有為解決碳排放問題開發的方案都是有效的，所以在應用于其他地方之前應該進行嚴格的評估。水抵消和水中和將會有很大的市場，與碳抵消和碳中和市場相當，但是，這個市場將在多大程度上促進更有效、可持續和公平地利用全球水資源，將取決于市場規律。

3.1 減少需求實現最大可持續足跡水平

人們普遍認識到碳足跡和水足跡已超過可持續發展水平，現實經濟社會必須不遺余力地減少它們。明確上限有助于制定減排戰略，但確定可以被廣泛接受的最大可持續發展水平的碳足跡與水足跡仍是比較困難的，也包括之前較為流行的生態足跡分析，各種足跡分析都存在這樣的弊端。全球人為碳足跡的最大可持續發展水平取決于導致全球氣溫升高的最大值，而這又取決于人們的預期。2009年哥本哈根舉行的聯合國氣候變化大會上商定：全球氣溫的升高應該不超過2℃，長期存在的挑戰是將溫室氣體濃度穩定在一個特定水平[20]。目前，人為溫室氣體排放量已遠遠超出設定水平。雖然《京都議定書》中各政府承諾將本國溫室氣體排放量減少一定百分比是遠遠不夠的，但將設定溫室氣體排放上限的想法制度化，是《京都議定書》最大的成就。未來，減少全球碳排放的重點應該是堅持這個想法，并進一步協商各國溫室氣體排放的上限，建立機制以確保上限不會被突破(甚至隨著社會經濟發展和時間推移降低上限)。

同碳足跡一樣，確定人類最大可持續發展水平的水足跡也并不容易。對于水足跡而言，全球最大可持續水平的水足跡是所有地區最大可持續發展水平水足跡的總和[21]。此外，還需要關注時間這個關鍵因素，正如Hoekstra等[22]指出的，在某些時期不可持續的水足跡會變得更加明顯，每個地區(特別是一些集水區)必須確定月而不是年最大可持續水足跡。在評估全球最大可持續水足跡方面進行的研究較少，Ridoutt等[23]認為全球水足跡必須減少約一半，才有希望達到可持續水資源利用水平，并且考慮到農業和工業的水生產力提高潛力以及可以采取措施限制食物鏈浪費，這樣的目標是可以實現的。

在減少水足跡的背景下，減少最缺水地區的水足跡值應優先考慮，但對于水源充足流域的水足跡減少是否合理仍有爭議。正如Hoekstra等[24]主張的，減少水足跡需要全球行動，在水資源稀缺的地區，解決過度開發藍水資源的辦法之一，是增加水資源豐富地區的水生產力(降低產品水足跡)。水源充足的地區往往表現出低的生產力，因此出現較高的產品水足跡。盡管這些地區的用水對當地的環境影響很小，但是它們不受水政策的約束是錯誤的。

3.2 通過提高碳效率和水效率來減少足跡

碳效率是一個被廣泛接受的概念，指的是一個經濟體單位GDP的碳足跡，或更具體地針對特定部門或活動的碳足跡[25]。政府和企業通常將減少碳足跡的目標轉化為提高工業、交通和家庭能源效率的要求，假定每單位商品或服務生產降低的能耗能自動轉化為減少溫室氣體排放。此外，需要從諸如對煤炭和石油等碳密集型能源的依賴，轉變為對低碳密集型能源(如天然氣)的使用，以及提高可再生能源(如風能、太陽能、水電或生物能源)的利用比例。

雖然提高能源效率和轉向可再生能源的戰略似乎很簡單，但它們并不總是像預期的那樣可有效減少溫室氣體排放。在實踐中，提高能源效率不一定與減少能源的總使用量相關。更高效的生產意味著可以用更少的能源生產相同的產品，或同樣的能源可以生產更多產品。因此，提高能源效率有助于提高生產和消費水平。不以資源或能源使用的減少為代價而提高資源或能源效率被稱為“反彈效應”[26]。如，一些涉及新能源生產的可再生項目投資，可能只是增加能源的總用量，而不能取代化石能源的使用。

在《水足跡評估手冊》中，由于引入了工業部門的“零藍水足跡”和“零灰水足跡”概念，有關減少水足跡的可能性技術受到關注。作物生產水足跡的巨大變化表明，生產力的提高和減少水足跡的潛力很大。如，在農業中提高水效率，使用滴灌代替噴灌(減少藍水足跡)和有機農業替代傳統農業(減少灰水足跡)；推出各種生產工藝(過程)和最終產品的水足跡基準，以便通過對生產過程和最終產品的工藝控制實現減少水足跡的目標。

在提高水效率的同時，討論反彈效應是十分必要的。只有當生產活動減少的水足跡不會因產量的提高而增加，降低流域生產、商品及消費的水足跡水平才有助于減輕流域水資源的壓力。

3.3 通過改變生產和消費模式減少足跡

提高效率只是減少碳足跡和水足跡的解決方案之一。現有的生產和消費模式對能源和水的固有依賴，不能僅靠提高效率來解決。如，在生產方面，許多供應鏈的國際化性質導致對運輸能源的內在依賴。只有供應鏈重組才能減少長途運輸的能源需求。現有的生產模式普遍是水密集型的。只有全球作物產量與雨量充足的地區相一致，才能有效減少作物的藍水足跡。消費模式也需要注意。Steinfeld等[27]估計，畜牧業部門溫室氣體排放占人為溫室氣體總排放量的18%，只有扭轉繼續消耗大量肉類和乳制品的趨勢，才能減少溫室氣體排放量。

重新考慮生產和消費模式比實施提高效率的措施要困難得多，因為結構性變化影響各方既得利益。這就解釋了為什么減少足跡更關注于效率，而不是生產總量和消費總量。一般而言，生產者和消費者都希望提高生產和消費水平。由于存在反彈效應，關注效率的碳足跡和水足跡降低策略可能會失敗。碳效率和水效率提高需要與總碳足跡和水足跡的上限相結合。

3.4 抵銷、中和與交易

碳抵消的做法是從《京都議定書》所包含的靈活機制中開發出來的，允許工業國家通過購買其他項目所產生的減排量來履行其減少溫室氣體排放的義務。這種機制是由市場邏輯造成的需求和供給減少，在國際市場上進行定價和交換，并通過并行的自愿市場進一步發展[28]。自愿市場的一個典型例子是，在航空運輸部門，乘客可以通過在其他地方購買減免額來抵消其與飛行有關的排放。另一個例子是通過購買可再生能源或種植林項目產生的碳信用額來抵消排放。

雖然抵消的概念基于一些特定邏輯，但是其測量、核算是主要關注的問題，特別是自愿抵消。關于哪些行動可以抵消沒有明確的定義，并且沒有標準化的方法來計算可以抵消的碳足跡。Murray等[29]在對企業和個人提供碳抵消的商業網站中發現，這些企業對所需的抵消不具有相似的價值、不具備相同的投入和計算方法，甚至對于相等的碳足跡值也沒有相同的定價。缺乏標準化和透明度是自愿抵消市場的主要問題。抵消的另一個擔憂是碳封存(碳回收)和其他碳信用項目的可信度。此外，抵消允許污染者繼續排放，這是關于減少碳足跡的錯誤引導信號。有很多跡象表明，自愿抵消機制對整體碳足跡減少的影響較小。沒有一個完整、系統的會計核算制度使得評估整個系統的有效性變得非常困難。

水抵消的思路也不斷深入人心。然而，相對于碳抵消，水抵消的概念仍然不明確。據Hoekstra等[30]研究，實施水足跡減少措施后，仍然需要采取措施來彌補水足跡的負面影響。“水抵消”定義的兩個缺點是：沒有具體說明哪些補償措施和哪一水平的補償足以抵消一定的水足跡影響；沒有說明哪些影響應該得到補償，以及如何衡量這些影響。一個不明確的概念很容易被濫用——在“抵消”旗幟下采取的措施可能是一種“綠水清洗”形式，而不是旨在充分抵消水足跡的真正努力。此外，水足跡及其相關影響一般帶有區域性，在這方面水足跡與碳足跡顯著不同。

3.5 行為者的相互作用

碳足跡減少的挑戰依賴于各種行為者：政府、企業、投資者、個人消費者。為了限制或減少溫室氣體排放，各國政府一直在采取各種政策措施，如制定法規和標準、實行稅收和補貼、創建碳信用市場、推行自愿行動、設立研究計劃等。同時應用4個標準來評估每種措施的有用性：環境效益、成本效益、分配效應和制度可行性。值得注意的是，僅依靠碳足跡特定政策不足以實現碳足跡削減目標，關于減貧、土地使用、貿易、污染、農業、糧食安全和人口的政策都應該一并考慮在內。

立法、法規和標準是環境政策的典型工具。當企業和消費者沒有自愿采取行動時，它們是非常有效的工具。如，美國加州的全球變暖解決法案和英國低碳轉型計劃。這些例子表明，監管標準在減排方面是有價值的，有效刺激消費者和行業減少足跡。監管措施和標準的有效性取決于其嚴格性。除監管干預外，政府可以通過征稅和補貼來干預市場，推行利于減排的消費模式。對排放征稅在環境和成本方面都是有效的，但可能產生分配和制度上的問題。稅收也可能對整體排放無效，因為它們為污染者提供了替代方案，即對污染繳納稅款代替對減排進行投資。此外，稅收不是普遍的政策工具，財政激勵才是政府通常用來刺激新技術的政策工具。

通過政府的法規和政策，企業已經開始認識到低碳經濟正在興起，并且他們將很快面臨與溫室氣體排放有關的稅收、上限和其他規定。目前，碳足跡核算和減排已成為許多企業的重要議題。企業迅速并積極反應的主要驅動力是如何使自身在低碳經濟中繼續發展，并且發揮優勢。同時，公眾對氣候變化的關注和消費者行為的變化也促進了企業的快速轉型，如英國的一項調查顯示，44%的消費者愿意為低碳足跡產品支付更多的費用。企業進而對消費者的這些變化做出反應，可以在低碳經濟中發現新商機、創造新市場、改變生產體系、投資低碳技術。

對碳足跡的社會反應涉及許多行為者采取的應對措施。而這是相互影響的，是整體響應中的一個基本要素。但是目前，無法反映政府、企業在水足跡領域采取的各種措施。大多數跨國企業已經開始核算其部分產品的水足跡并探討應對策略。越來越多的水足跡計算器出現，環境組織(如世界野生動物基金會和大自然保護協會)開始在宣傳活動中使用水足跡這一概念。根據碳足跡的經驗，如果沒有強有力的政府引導，很難取得實質性進展。需要立法，制定法規和標準來刺激消費者和行業減少水足跡。對不同的水足跡組成部分區別應對是十分重要的，特別是為了確保最優利用和分配稀缺的水資源，對藍水足跡和灰水足跡進行嚴格規定是必要的。補貼和經濟激勵措施有助于促進新技術的產生，提高水的利用、再利用和回收利用效率，更好地處理廢水[31]。

4 結 論

碳足跡和水足跡概念幾乎同時被引入，但彼此獨立。盡管缺乏科學接受和普遍采用的指導方針，但碳足跡這一概念被公眾和媒體廣泛接受和使用，已有多種關于碳足跡核算的方法和途徑。自2008年以來，水足跡成為流行詞匯。雖然在早期階段，水足跡的含義和方法已經在科學文獻中得到了很好的界定，但是同碳足跡一樣，這個術語的使用并不嚴格。全球變暖和減少溫室氣體排放是當今環境政策議程的重中之重。兩個主要的應對策略是減排和抵消，這些策略得到政府和企業的廣泛應用和支持。從分析看，雖然碳足跡目前沒有普遍的指導原則，但碳足跡已經成為社會廣泛使用的概念。水足跡也越來越受歡迎，并且在諸多方面特別是應對政策方面存在與碳足跡相同的問題。通過對碳足跡概念被廣泛采用背后的機制進行分析，可在總結經驗的同時降低水足跡推廣、實踐中的潛在風險，如反彈效應、抵消機制效果、特定位置發生的時效性等。

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