合攻科学难题，追踪“物质足迹”

2019年3月，朱兵赴内罗毕参加联合国环境署国际资源委员会会议。受访者供图

■本报记者 甘晓

现代社会中，经济发展离不开资源消耗，人们在创造财富的同时，对资源的大量使用会引发气候变化、生物多样性丧失和环境污染等三重全球危机。为应对全球挑战，学术界提出通过核算“物质足迹”指标，从全生命周期和贸易视角，了解国家或者区域经济活动需求所带来的资源消耗。

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近年来，在国家自然科学基金委员会（以下简称自然科学基金委）与联合国环境规划署合作研究项目（以下简称项目）支持下，清华大学循环经济研究院教授朱兵课题组与国际团队合作，首次提出一套系统的国家以下区域和行业尺度的物质足迹核算方法，为未来进一步开展物质资源管理和环境治理相关研究奠定了坚实基础。

“国家自然科学基金支持我们在多边国际合作环境下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，还支持了我们团队多位青年人才在国际科学组织环境下得到培养锻炼。”朱兵告诉《中国科学报》，“作为中国学者，我们鼓足干劲，力争在国际博弈背景下，用科学支撑全球资源环境治理。”

面向需求 投身前沿

“绿水青山就是金山银山”“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”等理念逐渐深入人心。然而，一些行业的发展仍然需要向自然界大量索取，致使人们付出高昂的环境代价。

“资源效率”在科学上的定义为“单位资源消耗所产生的经济、社会、生态和环境等有益效果的相对数量”。近年来，联合国环境规划署指出，由于高收入国家往往将物质需求及相关影响通过贸易直接或间接地转移到发展中国家，因此，简单地使用传统资源消耗指标计算的资源效率并不能准确描述各国、各地区消耗资源所带来的经济收益与环境影响。

以消费者视角为基础的物质足迹指标应运而生。朱兵介绍，科学家希望通过核算这一指标，从全生命周期视角，系统地追踪国家或区域经济活动的最终需求所导致的原生资源消耗。这包括化石资源、生物质、金属资源以及非金属资源等的消耗。

“足迹”二字的内涵让科学家们相信，在全球紧密的贸易联系和环境责任分配被充分考虑的情况下，这一新指标能够更客观、准确地反映全球化背景下经济体完整的资源消耗情况。

“我们强调的是核算时不仅要计算某个地区的资源消耗，还要把这一地区消费行为在其他地区所产生的资源消耗算进来。”朱兵举例说，如一辆在中国制造但最终被销往美国的汽车，其生产过程中消耗的资源将计入美国的物质足迹。

近年来，物质足迹迅速跻身国际科学研究前沿，并用于评价国家层面资源利用量。长期致力于循环经济研究的朱兵深知，我国学者在这一前沿领域实现高水平科技自立自强，对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毫不犹豫地投身物质足迹研究，力争为我国走好生态文明建设的道路贡献科技力量。

创新模型 填补空白

朱兵看到，像中国这样的经济体，仅有国家层面的评价对了解和描述国家真实资源需求还远远不够。“我国国土面积大，广袤内部区域存在较大差异，需要考虑资源利用的公平性，这是资源管理政策精细化的要求。”他向《中国科学报》介绍。

于是，朱兵萌生出一个念头——尽快提出一套系统的国家以下区域尺度和行业尺度的物质足迹核算方法。

2017年，朱兵带领的由清华大学、中国科学院地理科学与资源研究所、华东理工大学师生组成的研究团队，与联合国环境规划署国际资源委员会（IRP）的国际专家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：基于环境拓展的多区域投入产出分析和物质流分析”项目。

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

随着该项目的推进，研究团队在构建模型时发现，在传统环境拓展的投入产出（EE-IO）模型下，当前学术界常用的“等比例的区域贸易结构假设”方法难以充分体现国家以下尺度在国际贸易上的结构差异，从而导致模型结果发生偏误。

面对这一挑战，朱兵带领课题组下定了啃“硬骨头”的决心。“有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，在中方课题组提出基于区域贸易数据重构贸易结构的思路后，朱兵立即安排博士生前往荷兰莱顿大学环境科学研究所，与合作者阿诺德·图克教授团队进一步开展讨论、商定方案。经过反复的线下线上讨论和高强度工作，联合研究团队依次解决了多个模型和数据问题，终于成功攻克了这个难题。

最终，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域贸易结构的方法，成功重构了中国省域物质足迹的EE-IO模型。相关研究成果发表于《环境科学与技术》。

此后，朱兵和阿诺德·图克课题组继续攻关。2019年，他们在美国《国家科学院院刊》上发表论文，首次报道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，阐明了中国各省份、各经济部门对资源消耗的跨区域驱动，填补了国家以下尺度全区域物质足迹的研究空白。

该研究中省域物质足迹核算结果表明，与人们的经验认识相反，在我国一些相对不发达的西部省份，人均物质足迹高于工业化程度更高和更富裕的东部省份。针对这一现象，研究团队与公共管理研究学者合作，通过将物质足迹分拆为投资驱动和消费驱动，揭示了中国省域物质足迹和人类发展水平之间的关系，及其与世界其他国家的异同。

研究团队认为，我国中西部相对不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。这些投资往往被用于修建房屋、铁路、公路、工厂等基建和工业项目。这一结论体现出中国不同地区处于不同的发展阶段，同时表明我国西部大开发战略成效显著。相关研究成果发表于细胞出版社旗下期刊《一个地球》（One Earth）。

学者们也从这项研究中获得启示，即研究者、决策者以及公众应当深刻地认识到经济增长与资源消耗“脱钩”的必要性，合力推进资源效率提升和区域协同，最终实现高质量发展。

国际合作 发出“中国声音”

在项目实施过程中，朱兵体会到国家自然科学基金给予他的强大力量。

“首先是自然科学基金委前瞻性、战略性地与联合国环境规划署牵手，共同支持中外科学家在相关领域开展合作研究。”朱兵说，“同时，在自然科学基金委组织的公平、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完善研究计划，并贯彻到项目科研过程中。自然科学基金委国际合作局与地球科学部两个部门从不同角度进行协同管理，让该项目执行目标清晰、管理有序。”

更重要的是，在国家自然科学基金的助力下，朱兵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”。

回顾朱兵的科研生涯，他在赴日本攻读博士学位期间，就开展过国际合作。博士学习期间、博士毕业后，他都在研究性国际组织国际应用系统分析研究学会（IIASA）任职。

“这一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，并强化可持续发展的全球视角。”朱兵说。

回国后，朱兵在清华大学从事相关研究。2008年，清华大学依托化工、环境、材料3个院系成立了跨学科的循环经济研究院，朱兵担任常务副院长，他正式将研究方向从能源气候变化转到循环经济上来。

为保持与世界科学前沿的高质量交流，朱兵注重在相关国际组织中发挥更直接的作用。回国后他继续在IIASA担任客座研究员、资深研究员，还曾承担自然科学基金委与IIASA的国际合作项目。

联合国环境规划署于2007年成立的全球科学政策平台IRP是他重点关注的目标之一。“IRP专门向联合国等国际组织以及各国政府和产业部门提供全球资源管理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。”他表示。

2016年初，当朱兵看到自然科学基金委发布的项目指南后，立刻联合IRP专家就区域物质足迹核算研究共同提出项目申请。当年11月，他收到该项目获批的通知，几乎同一时间受邀作为观察员列席IRP活动。2017年1月，项目研究工作正式开始，当年底朱兵正式当选IRP委员。

在朱兵看来，项目的申请和执行促进了他与IRP的相互了解和互动，进而促成了他在IRP专家委员会任职，而成为IRP委员则进一步加深了该项目的国际合作深度。

在国家自然科学基金支持下，朱兵课题组的青年学者也得到成长。比如，项目主力成员之一的蒋萌获得自然科学基金委资助，参加了IIASA青年科学家暑期项目（YSSP）。这让他有机会在经验丰富的科学家的直接指导下开展工作，收获颇丰。

面向未来，朱兵期待继续按照科学-政策的研究范式，加强资源效率与低碳发展协同的基础研究，力争在针对重点资源和产业的资源-环境-经济关联系统模型上有所突破。