合攻科学难题追踪“物质足迹”

2019年3月，朱冰赴内罗毕出席联合国环境规划署国际资源委员会会议。

■本报记者甘晓

现代社会，经济发展离不开资源消耗。人类在创造财富的同时，资源的大量使用会导致气候变化、生物多样性丧失、环境污染等三重全球性危机。为了应对全球性挑战，学术界提出通过核算“物质足迹”指数，从生命周期和贸易的角度来理解国家或区域经济活动需求所带来的资源消耗。

近年来，在国家自然科学基金委员会和联合国环境规划署合作研究项目(以下简称项目)的支持下，清华大学循环经济研究院朱冰教授研究组与国际团队合作，首次提出了一套系统的次国家和行业尺度的物质足迹核算方法，为今后进一步研究物质资源管理和环境治理奠定了坚实的基础。

“国家自然科学基金支持我们在多边国际合作的环境中取得一定的前沿科学创新成果，促进我们在国际科学组织中发挥作用，也支持我们团队中的许多青年人才在国际科学组织的环境中得到锻炼和锻炼。”朱冰告诉《中国科学杂志》，“作为中国学者，我们在国际比赛中尽全力以科学支持全球资源和环境治理。”

面向需求，投身前沿

“碧水青山是无价之宝”、“保护生态环境就是保护生产力，改善生态环境就是发展生产力”的理念逐渐深入人心。然而，一些行业的发展仍然需要从自然中大量索取，这使得人们付出了高昂的环境代价。

“资源效率”的科学定义是“单位资源消耗所产生的经济、社会、生态和环境效益的相对数量”。近年来，联合国环境规划署指出，由于高收入国家往往通过贸易将物质需求和相关影响直接或间接转移给发展中国家，单纯用传统的资源消耗指标计算的资源效率无法准确描述各个国家和地区资源消耗带来的经济效益和环境影响。

基于消费者视角的物质足迹指数应运而生。朱冰介绍，科学家希望通过核算这一指标，从全生命周期的角度系统地跟踪国家或地区经济活动最终需求所导致的初级资源消耗。这包括化石资源、生物质、金属资源和非金属资源的消耗。

“足迹”一词的内涵使科学家们相信，在充分考虑全球紧密的贸易联系和环境责任分配的情况下，这一新指标能够更客观、更准确地反映经济在全球化背景下的完整资源消耗。

“我们强调不仅要计算某一地区的资源消耗，还要考虑其他地区在该地区的消费行为所产生的资源消耗。”朱冰举例说，如果一辆汽车在中国制造，但最终销往美国，那么生产过程中消耗的资源将计入美国的物质足迹。

近年来，物质足迹迅速成为国际科学研究的前沿，并被用于评价国家层面的资源利用情况。长期致力于循环经济研究的朱冰深知，中国学者在这一前沿领域实现高水平的科技自立，对于国际博弈下的中国至关重要。

强烈的使命感和责任感促使他义无反顾地投身于物质足迹研究，努力为我国生态文明建设之路贡献科技力量。

创新模式填补空白

朱冰看到，在中国这样的经济体中，只有国家层面的评估不足以理解和描述该国的真实资源需求。“中国国土面积大，内部地域广阔差异大。需要考虑资源利用的公平性，这是精细化资源管理政策的要求。”他向中国介绍了科学。

因此，朱提出了一个想法——尽快提出一个系统的次国家区域尺度和行业尺度的物质足迹核算方法。

2017年，由清华大学、中国科学院地理科学与资源研究所、华东理工大学师生和联合国环境规划署国际资源委员会(IRP)国际专家组成的由朱冰领衔的研究团队，组成国际合作研究团队，获批“中国区域物质足迹核算与应用研究:基于环境扩展的多区域投入产出分析与物质流分析”项目。

团队成员相信，来自IRP的全球数据资源、专家资源和独特的合作机会将在研究工作中发挥重要作用。

随着项目的推进，研究团队发现，在传统的环境扩展型投入产出(EE-IO)模型下，当前学术界常用的“等比例区域贸易结构假说”方法难以全面反映国家规模以下国际贸易的结构差异，导致模型结果存在偏差。

面对这一挑战，朱冰带领课题组下定决心啃“硬骨头”。“有了国家自然科学基金的支持，我们有信心在基础原创方法上闯出一条新路。”他说。

当时，在中国研究小组提出基于区域贸易数据重构贸易结构的想法后，朱冰立即安排博士生前往荷兰莱顿大学环境科学研究所，与Arnold Tuck教授团队进一步讨论并商定方案。经过线上线下的反复讨论和紧张工作，联合研究团队依次解决了几个模型和数据问题，最终成功解决了这一难题。

最后，他们通过从大量包含地区和行业信息的贸易数据中提取省级贸易结构，成功重构了中国省级物质足迹的EE-IO模型。相关研究成果发表在《环境科学与技术》上。

从那以后，朱冰和阿诺德·塔克的研究小组继续解决关键问题。2019年，他们在《美国国家科学院院刊》上发表论文，首次报告了中国省域和行业尺度的物质足迹，揭示了中国物质足迹的空间异质性，阐明了中国省域和经济部门对资源消耗的跨区域驱动，填补了次国家尺度下整个区域物质足迹的研究空白。

本研究的省级物质足迹核算结果表明，与人们的经验相反，在中国一些相对欠发达的西部省份，人均物质足迹高于工业化程度更高、更富裕的东部省份。针对这一现象，研究团队与公共管理研究人员合作，将物质足迹拆分为投资驱动和消费驱动，揭示了中国省级物质足迹与人类发展水平的关系，以及与世界其他国家的异同。

课题组认为，中国中西部相对欠发达地区较高的物质足迹来源于近年来大量的固定资本投资。这些投资通常用于建设基础设施和工业项目，如房屋、铁路、高速公路和工厂。这一结论说明我国不同地区处于不同的发展阶段，也说明我国西部大开发战略成效显著。相关研究成果发表在《细胞出版社》期刊《一个地球》上。

学者们也从这项研究中得到启示，即研究人员、政策制定者和公众应深刻理解经济增长与资源消耗“脱钩”的必要性，共同努力促进资源效率的提高和区域协调，最终实现高质量发展。

国际合作发出“中国声音”

在项目的实施过程中，朱冰体会到了国家自然科学基金赋予他的巨大权力。

“首先，中国自然科学基金积极主动地、战略性地与联合国环境规划署携手，共同支持中外科学家在相关领域开展合作研究。”朱冰说，“同时，在国家自然科学基金委员会组织的公平公正的高水平专家评审中，专家们的建设性意见促使我调整和完善研究计划，并落实到项目研究过程中。国家自然科学基金委员会国际合作局和地球科学部从不同角度合作管理，使项目实施目标明确，管理有序。”

更重要的是，在国家自然科学基金的帮助下，朱冰代表中国学者走上国际舞台，成为全球科技治理实践中不可或缺的“中国力量”。

回顾朱冰的科研生涯，他在日本攻读博士期间开展了国际合作。在博士学习期间和毕业后，他在国际研究组织国际应用系统分析学会(IIASA)工作。

“这段国际工作经历让我有机会学习和接触与气候变化相关的研究，强化可持续发展的全球视角。”朱冰说。

回国后，朱冰在清华大学从事相关研究。2008年，清华大学以化工、环境、材料三个系为基础，成立了循环经济跨学科研究院，朱冰任常务副院长。他正式将研究方向从能源和气候变化转向循环经济。

为了与世界科学前沿保持高质量的交流，朱冰注意在相关国际组织中发挥更直接的作用。回国后继续在IIASA担任客座研究员和高级研究员，还承担了国家自然科学基金委和IIASA的国际合作项目。

IRP是联合国环境规划署于2007年建立的全球科学政策平台，是他的主要目标之一。“IRP专门为联合国等国际组织以及各国政府和工业部门提供全球资源管理方面的高端科学咨询和政策建议。是向世界发出‘中国声音’的重要平台。”他说。

2016年初，当朱冰看到国家自然科学基金委员会发布的项目指南时，他立即联合IRP专家共同申请了一个关于区域物质足迹核算研究的项目。当年11月，他接到项目获批的通知，几乎同时被邀请以观察员身份出席IRP的活动。2017年1月，项目研究工作正式开始，年底朱冰正式当选为IRP委员。

在朱冰看来，该项目的申请和实施促进了他与IRP的相互了解和互动，这反过来促使他在IRP专家委员会任职，而成为IRP成员进一步深化了该项目的国际合作。

在国家自然科学基金的支持下，朱冰课题组的年轻学者也有所成长。例如，项目主要成员之一蒋猛获得了中国自然科学基金的资助，并参加了国际应用系统分析所青年科学家夏季计划(YSSP)。这让他有机会在经验丰富的科学家的直接指导下工作，收获颇丰。

面向未来，朱冰期望继续遵循科学-政策的研究范式，加强资源效率与低碳发展协同效应的基础研究，力争在重点资源和产业的资源-环境-经济相关系统模型上有所突破。