棉紡織服裝產品生命周期環境表現評價研究綜述

陳爽 豐翔 劉書軼 王曉蓬 邱笑笑 王來力,2

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

棉紡織服裝產品具有優良的服用性能和經濟性能，是消費量最大的紡織服裝產品類別之一。從原材料獲取、產品加工、消費使用到廢棄處理，棉紡織服裝產品的各生命周期階段均會產生環境影響，例如，在棉花種植階段大量的水資源消耗產生水資源短缺壓力，產品工業生產階段耗能產生的溫室氣體排放造成全球變暖，因此，棉紡織服裝產品生命周期環境影響研究受到廣泛的關注。本文對棉紡織服裝產品生命周期評價類研究文獻進行計量分析，揭示了該領域的研究熱點與趨勢，并討論了棉紡織服裝產品生命周期環境表現量化與評價中的固碳效應、水足跡評價的區域化、環境影響綜合評價方法等關鍵問題，為棉紡織服裝產品綠色設計、綠色生產、綠色消費提供參考。

1 棉紡織產品環境表現評價研究計量分析

1.1 數據來源

在WEB OF SCIENCE核心數據庫中，選擇文獻類型為“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”進行連接，得到文獻195篇。刪除與棉紡織品生命周期評價研究無關的條目后，得到77篇文獻，時間分布于2008年1月1日至2021年12月31日。

在CNKI數據庫中，選擇文獻類型為“期刊”，利用高級檢索，選擇主題“纖維，紗線，面料，服裝，紡織品，棉，再生棉，回收棉，生命周期評價，碳足跡，水足跡，化學品足跡”，檢索詞之間以“OR”或“AND”連接，最終得到39條結果。刪除與棉紡織品生命周期評價無關的條目后，得到28篇文獻，時間分布于2003年1月1日至2021年12月31日。使用Cite Space 5.8.R3W（32bit）版本軟件對篩選得到的中文和英文文獻進行研究熱點和演進趨勢計量分析。

1.2 計量結果分析

研究文獻關鍵詞的聚類時間線圖譜能夠有效呈現出某一領域中的關鍵詞聚類分布和關鍵詞熱點演變，每個聚類所對應的橫向粗線代表了該聚類在時間軸上出現的分布狀況，粗線越長，聚類關鍵詞跨越的時間就越長[1]。聚類標簽前的序號越小，聚類中包含的關鍵詞越多，結合高中介中心度關鍵詞可進一步確定特定領域的研究熱點[2]。聚類模塊性指數Q值和聚類輪廓性指數S值來評估圖譜聚類效果，一般認為Q>0.3意味著聚類結構顯著，S>0.5聚類就是合理的，S>0.7意味著聚類是令人信服的[3]。

由圖1可知，Q=0.7099，S=0.8840，說明2008~2021年棉紡織服裝產品生命周期評價類研究英文文獻關鍵詞聚類效果顯著。棉紡織服裝產品生命周期評價類英文文獻關鍵詞聚類結果排前四的依次是“cleaner production”、“conventional cotton”、“natural fibres”、“virtual water trade”。出現時間較早的關鍵詞聚類有“conventional cotton”、“natural fibres”、“circular economy”、“international trade”，其 中“conventional cotton”和“circular economy”至今依然是研究熱點。近8年新出現的關鍵詞聚類有“crop nitrous oxide emissions”、“carbon footprint”、“environmental impact”和“denim”。

圖1 2008~2021年棉紡織服裝產品生命周期評價類研究英文文獻關鍵詞聚類時間線圖譜

由圖2可知，Q=0.7162，S=0.8192，說明2003~2021年棉紡織服裝產品生命周期評價類研究中文文獻關鍵詞聚類效果亦顯著。棉紡織產品生命周期評價類中文文獻關鍵詞聚類結果排前四的依次是“織布廠”、“紡織產品”、“生態設計”、“棉花”。近10年新出現的關鍵詞聚類有“織布廠”、“棉花”、“活動水平數據”和“連續軋染”。

圖2 2003~2021年棉紡織服裝產品生命周期評價類研究中文文獻關鍵詞聚類時間線圖譜

由圖1和圖2對比可知，在2009年前后就出現了較多研究棉紡織產品生命周期環境表現的英文文獻，而在2012年前后對棉紡織產品環境表現研究的中文文獻才逐漸增加。在研究熱點和研究內容方面，英文和中文文獻的研究相同點體現在對于環境表現基礎理論的研究，例如都采用水足跡、碳足跡指標評價棉紡織產品生命周期的環境表現。英文文獻較多聚焦在宏觀層面，如提出實現清潔生產的目標、強調循環經濟的國際政策，并關注不同的評價方式的準確性，而中文文獻則根據我國實際情況，較多地研究了我國主要棉產地——新疆地區棉花種植階段的環境表現和棉紡織服裝產品生產過程中的節能減排措施以及不同棉紡織服裝產品生產工藝的改進。

2 棉紡織服裝產品生命周期環境表現

對篩選出的文獻中棉紡織服裝產品研究對象類別和研究結果分別進行匯總，結果見表1和表2。

表1 棉紡織服裝產品環境表現評價研究對象

表2 棉紡織服裝產品環境表現研究結果

由表1可知，針對原生普通棉紡織服裝產品生命周期環境表現研究的文獻最多，其次是對再生棉紡織服裝產品生命周期環境表現的研究。在普通棉紡織產品的研究對象中，以成衣為研究對象的文獻最多，以紗線為研究對象的文獻最少。

續表2

由表2可知，現有文獻中的研究系統邊界包括棉纖維原材料獲取、棉紡織服裝產品生產加工、消費使用和廢舊處理等多個階段，其中既有聚焦于其中一個階段分析過程產品（如棉纖維、棉紗線）的環境表現，亦有終端制成品（如棉襯衫、棉牛仔褲）全生命周期階段的環境表現。核算棉紡織服裝產品的環境影響通常有兩種方法：一種是借助環境影響評價軟件進行計算，常用的環境影響評價軟件有GaBi、OpenLCA、SimaPro、CMLCA；另一種是基于ISO 14040、ISO 14044、ISO 14067、PAS 2050等國際標準和技術規范規定的方法自主進行計算[17]。即使是相同的核算邊界和同一類產品，采用不同的核算方法得到的核算結果往往具有一定差異性，例如文獻[5]和文獻[7]都是分析1kg原生普通棉纖維的環境表現，但其中全球增溫潛勢的核算結果分別為4.430 kg CO2eq和2.446 kg CO2eq。

3 討論

基于棉紡織服裝產品生命周期的環境表現量化與評價已開展了大量研究，但仍有需進一步探討的關鍵問題，例如棉紡織服裝產品生命周期的固碳效應、水足跡評價的區域化差異、多維環境表現量化與評價指標的綜合可比性等。

3.1 棉紡織服裝產品的固碳效應

棉植株生長過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。Muthu等[18]的研究指出每公頃的棉田一年內的固碳量為11噸CO2，Liu等[7]結合IPCC指南計算出在新疆地區每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物，其廢棄后焚燒或自然降解時，其中的碳元素以CO2、CH4等形式返回到大氣中，因此棉紡織服裝產品的固碳效應受其使用時間長短的影響，也即棉紡織服裝產品使用時間越長，其中的碳元素釋放到空氣中的時間越遲，固碳效應越顯著，反之，則固碳效應越不顯著。增加棉紡織服裝產品循環利用的次數，可以延長其使用時間，加強棉紡織服裝產品的固碳效應。

3.2 棉紡織服裝產品水足跡評價的區域差異

產品的水足跡主要依據Water Footprint Network方法和ISO 14046國際標準兩種方法進行量化與評價，其中ISO 14046國際標準提出在水足跡評價時，應考慮不同區域水資源環境本底差異對水足跡評價結果的影響，并建議用水消耗量乘以水稀缺度因子的計算方法進行水稀缺足跡的區域化評價。亦有學者對水稀缺足跡的區域化評價提出新的方法，例如，Pfister等[19]提出了“水壓力指數”（Water stress index），根據某一區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），以某一區域內水資源可得量與該區域內人類和水生生態系統的水資源需求量的差值為基礎得到水稀缺特征因子。在水環境影響評價的多種水劣化水足跡指標中，Roy等[21-22]研究了水酸化的命運因子和暴露因子全球模型，并得出了全球范圍內區域差異化的水酸化特征因子。在水富營養化方面，Helmes等[23]提供了全球范圍內水富營養化的命運因子，Azevedo等[24-25]研究了生物豐富度和水體磷濃度之間的關系，提供了全球范圍內水富營養化的影響因子。

棉紡織服裝產品的生命周期階段往往是跨區域的生產加工和消費，例如一件棉T恤的整個生命周期階段，從棉花種植到消費使用和廢棄處理，往往并不都在同一區域，其中某個鏈段也可能會在不同區域完成，而各地水資源環境壓力又有所不同，因此在對某一種棉紡織服裝產品進行水資源環境影響評價時，需考慮不同生產階段所在地的區域特征化因子，才能對其水資源環境影響進行準確評價。

3.3 棉紡織服裝產品的環境影響綜合評價方法

生命周期評價中針對不同的環境影響類別有不同的指標，例如，氣候變化、水稀缺足跡、水酸化足跡、陸地生態毒性、光化學臭氧、非生物耗竭潛力、平流層臭氧消耗等，各影響類別的單位往往不同，例如，氣候變化影響指標單位為CO2eq，水稀缺足跡單位為m3H2Oeq、水酸化單位為kgSO2eq，陸地生態毒性影響指標單位為kg1,4-DCBeq，光化學臭氧影響指標單位為kgC2H4，導致難以對不同棉紡織服裝產品的環境影響大小進行比較。針對該問題，目前已有多種環境影響歸一化表征方法，例如以價值形式表示的環境損益法、影子價格法，以評分形式表示的Higg材料可持續指數（Material sustainability index）、終點綜合評價方法。

目前研究較為集中的是終點綜合評價方法，主要有Eco-indicator 99、ReCiPe 2016、IMPACT 2002+，該3種綜合評價方法通過數據分類、標準化、特征化和加權得到綜合的環境影響分數。Eco-indicator 99包含了11種影響類型，最終得出生態指數分數，其正負值代表環境負荷的嚴重程度[26]。ReCiPe 2016和IMPACT 2002+方法均采取中間點和終點相結合的方法，ReCiPe 2016包含17個中間點影響類型和3個終點影響類型，應用范圍覆蓋全球；IMPACT 2002+包含14個中間點影響類型和4個終點影響類型，應用范圍只覆蓋歐洲，IMPACT 2002+后又演進為IMPACT World+，應用范圍覆蓋全球，并且實現了局部地區的區域化評價[27-29]。

4 結語

本文基于CiteSpace可視化文獻分析工具，對棉紡織服裝產品生命周期研究類文獻進行計量分析，并對棉紡織服裝產品生命周期評價研究中的固碳效應、水足跡評價區域化差異和結果綜合評價進行了討論，結論如下：

（1）基于CiteSpace的文獻計量分析，發現在棉紡織產品生命周期環境表現研究領域英文文獻多聚焦于生命周期評價方法的準確性研究層面，中文文獻多聚焦于應用方面。在對棉紡織服裝產品生命周期環境表現進行評價時，因其核算邊界、數據收集、特征化因子的不同，評價結果差異較大。

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

（3）對棉紡織服裝產品的水足跡進行評價時，需考慮不同區域的水資源環境本底異同，并基于不同區域水資源環境背景數據構建區域特征化因子，以使水足跡結果更加準確。

（4）基于環境影響的綜合評價方法可以將多維環境影響指標進行分類，最終統一為單一的定量指標，實現不同棉紡織服裝產品及其多維環境影響指標之間的比較。