基于水足迹评估的造纸企业林纸水一体化模式

刘小萌　许长新　张智光

造纸行业不仅是高耗水行业，还是高耗木行业。水资源和木材资源的有效利用直接影响造纸行业未来的发展。对造纸企业水足迹的研究能够有效核算造纸企业的水资源成本，林纸一体化模式解决了造纸企业的木材原料供应问题。基于水足迹评估，可以将造纸企业林纸一体化模式拓展为林纸水一体化模式，优化水资源和木材资源的配置和利用。

一、水足迹理论发展概述

虚拟水的概念是由英国伦敦大学的Tony Allan教授于1993年第一次提出。他把虚拟水定义为商品或服务的生产过程中所消耗的水资源量，一般伴随在商品贸易过程中来具体化。从此以后，虚拟水便逐渐成为水资源利用研究的热点，它为解决缺水国家水资源安全问题提供了一种新理念和新途径。2002年，在虚拟水研究理论的基础之上，学者Hoekstra和Hung结合生态足迹的概念首次提出了水足迹的概念，但是在当时二人并没有给水足迹作出确切的定义，他们当时的研究也主要侧重于农产品的虚拟水贸易，较为局限。到了2003年，Hoekstra给出了水足迹的初始定义，即地区、国家或个人在一定时间范围内所消费的全部产品和服务所消耗的水资源量。Hoekstra不仅成功地将过去局限于地区或国家层面的水足迹研究拓展到消费者个人，还同时提出水资源消耗的根本原因正是人类对于产品和服务的需求和消费。从此，水足迹理论开始将消费活动和对水资源系统的影响密切联系起来。2004年，Hoekstra和Chapagain建立了水足迹的计算模型和方法，并依此进一步对水足迹的定义加以完善和改进，这意味着水足迹开始脱离于虚拟水，成为一个独立指标来评估水资源的利用情况。2009年，又是Hoekstra等人按照不同的评估对象将水足迹划分为五类：商业水足迹、产品水足迹、社区水足迹、区域水足迹和国家水足迹，并确立了以上五类水足迹的研究框架。至此，水足迹研究已经较为完善，具有了一套规范的、系统性的理论体系。

二、造纸企业水足迹的分类及评估体系

1.产品水足迹。（1）绿水足迹。绿水足迹是和人类生产活动相关的，原本贮藏于地下非饱和土壤层中，后通过植被蒸发挥散掉的绿水资源。绿水足迹主要与纸业产品的原材料木材的生长密切相关。借鉴农作物虚拟水含量测定的方法，基于一定的假定条件，我们通过计算森林正常生长过程中蒸腾作用散失的水量，来确定单位面积森林的需水量，进而得出单位面积森林的虚拟水含量。计算不同类型森林单位面积的蒸腾量公式如下：

，式中f（x）是以林龄为自变量的森林年蒸腾量函数，因树种不同而函数不同， ；N为森林生长周期，a。（2）蓝水足迹。蓝水足迹主要指储存在河流、湖泊、湿地以及浅层地下水层中的淡水资源。蓝水足迹主要和纸产品的加工过程有关系。纸张的生产系统为： 打浆→施胶→加填→调色→稀释→净化→筛选→除气。在这一系列流程中，打浆主要依靠原料自带水分，一般无需再添加水，而调色净化和除气环节也耗水量不多，最主要的耗水环节在于稀释。蓝水足迹公式为 式中，为生产过程中水的取用量；为生产过程中产生的废水量。（3）灰水足迹。灰水足迹是一个与污染密切相关的指标，它被定义为以现有的环境水质标准和水体自然本底浓度为基准，将一定污染物负荷吸收同化所消耗的淡水量。灰水足迹概念不等同于稀释水需求量，稀释污染物并不能降低灰水足迹。灰水足迹是由污染物浓度和污水排放量共同决定的，只有在降低污染物浓度的同时减少污水排放量才能有效地控制灰水足迹。灰水足迹计算公式为

式中为废水排放量，为生产中所排废水的污染物浓度；为生产过程中水的取用量， 为取用水自身的污染物浓度；为接纳废水水体的最大可接受浓度（环境水质标准），为接纳废水水体自身的污染物浓度。

2.商业水足迹。商业水足迹的分类是基于纸类产品贸易方向而言的，分为进口虚拟水和出口虚拟水。对于同一纸产品的水足迹，出口国与进口国则分别有水足迹的输入量与输出量。对于出口国来说，该国出口产品时的水足迹输入量是指该国生产这一产品过程中所消耗的水资源量；而对于进口国来说，该国进口产品时所输出的水足迹是指进口国若自己生产这一进口产品所消耗的水资源量。

世界水资源委员会和联合国粮农组织经过长期研究，最终提出了商业水足迹的计算公式，即用一个国家各种商品和服务的总贸易量去乘上单位商品或服务的水足迹。具体公式如下：

（1）进口水足迹计算公式：

式中CTi是在 t 年该国进口的商品或服务 c 的总量； SWDi是进口的单位商品或服务 c 的单位虚拟水含量。

（2）出口水足迹计算公式：

式中CTe是在t年该国进口的商品或服务 c 的总量； SWDe是进口的单位商品或服务 c 的单位虚拟水含量

从以上分析可知：造纸企业的总水足迹计算公式为：

纸类产品从原料林种植到成品交易的每一个环节都包含了对水资源的消耗，是一类耗水量很高的产品，因此如何更好地优化水资源的配置和提高水资源的利用效率，就成为了造纸企业管理中的一个重要问题。

三、造纸企业林纸水一体化模式和系统

林纸一体化模式，就是以造纸企业为核心，将建设原料林基地与生产纸类产品相结合，形成以林促纸、以纸养林、林纸结合的可持续发展模式。基于造纸企业水足迹的评估和水资源的重要性，林纸一体化模式可以拓展为林纸水一体化模式，将原来分离的林、浆、纸三个环节和生产过程中的废水处理过程融合在一起，让造纸企业担当起造林、废水减排及再利用的责任。将原料培植部门作为生产的第一车间，对生产过程中的废水循环再利用以培育树木，从而为生产纸类产品提供原料，形成林纸水共同发展的生态造纸产业格局，实现提高造纸企业的经营效率和保护生态环境的双重目的。

林纸水一体化模式是否拥有高效的运行系统作保障是该模式最终是否能够实现经济和环境双重目标的关键性因素。通过研究国内外有关文献资料，作者根据经济循环理论和共生理论，构建了造纸企业林纸水一体化模式的三链共生运行系统。从宏观上来看，体现了绿色供应链的逐步拓展，共生层次的逐步提高，实现了资源链、生态链和价值链的共生发展。从微观上来看，造纸企业林纸水一体化模式的三链共生运行系统包含了制浆造纸子系统（核心结构）、污水处理子系统（支持结构）、森林资源子系统（资源链拓展结构）、生态环境子系统（生态链拓展结构）和社会经济子系统（价值链拓展结构）。

造纸企业内部的运行系统由核心结构和支持结构组成。在核心结构模块里，对造纸企业生产过程中各工艺环节之间的原料和能量循环使用，可以减少原料使用量；在支持结构模块里，对废水和废料进行生态化处理和资源再利用，实现污水少排放甚至零排放的目标。

在这之后，资源链拓展结构森立资源子系统将造纸、原料林培育、废水废料排放三者结合起来，进行多方向全方位的林纸水结合，形成多个相对封闭的资源链循环系统。在这一结构模块中，提供纸类产品生产原料的原料林培育基地已成为造纸企业产品绿色供应链的“第一生产车间”，为造纸企业提供了稳定的原料来源和降低交易成本的可能性；而交易成本相对较高、稳定性相对较差的木材市场只是扮演原料来源的辅助角色。

生态拓展结构通过生态环境建设、可持续经营、森林认证等方法发挥出林纸水一体化三链共生运行系统的生态环境职能，并为社会经济的可持续发展提供条件和支持。在此结构的基础之上，造纸企业再依靠资源链循环和价值链循环，通过对生产过程中的废水废料的生态资源化循环再利用、自然环境中的水循环碳循环和生态补偿等多种途径达到整个生态链良性循环的目的。

价值链拓展结构是将林纸水一体化三链共生运行系统与整个宏观社会经济大系统融为一体。在此结构模块中，除了造纸业外，还包含了木材加工产业、木材市场、相关第三产业等。这是林纸水一体化三链运行系统的高级共生形态，也是该系统能够保持协同运行的驱动力。通过价值链利益分配，可以有效激发造纸企业、木材加工企业、林农等的动力，持续投入到森林资源培育和森林生态环境保护的事业中，形成价值链、资源链、生态链三链之间的良性循环。一方面，价值链的发展要借助资源链和生态链的发展来促进；另一方面，资源链和生态链的发展又要依靠价值链的资金投入。

造纸企业林纸水一体化模式就是这样的一项基于协同发展的重要尝试。总结上文的研究可以发现：造纸企业林纸水一体化模式将经济效益和环境保护作为综合目标，以纸类产品生产部门为核心，以污水处理部门和原料林基地为支撑点，以利益为动力，通过资本和利益的契约纽带将造纸企业、木材加工企业、林农、相关三产连结在一起，构成关系紧密的利益共同体，进而演化成良性循环的多层次共生系统。林纸水一体化模式实现可持续发展目标的关键因素是资源、生态、价值三链的协同发展和互相促进。其中，资源链是基础，生态链是支撑，价值链是动力，三者相辅相成，缺一不可。[基金项目：国家自然科学基金“虚拟水贸易视角下区域农业水土资源耦合模型研究”（51279058）； “江苏高校品牌专业建设工程资助项目”（PPZY2015A073）]

（作者单位：河海大学商学院 南京林业大学经济管理学院）