化学品足迹：概念、研究进展及挑战

杜翠红，王中钰，陈景文，乔显亮，李雪花，谢宏彬，蔡喜运

大连理工大学环境学院 工业生态与环境工程教育部重点实验室，大连 116024



化学品足迹：概念、研究进展及挑战

杜翠红，王中钰，陈景文，乔显亮，李雪花，谢宏彬，蔡喜运

大连理工大学环境学院 工业生态与环境工程教育部重点实验室，大连 116024

化学品污染被联合国环境规划署列为影响人类生存与发展的全球重大环境问题之一。为实现可持续的化学品管理，需定量评价产品生命周期内由化学品排放造成的生态影响。然而，当前的化学品风险评价指标体系往往指向零碎的危害性或毒性终点，未能综合出整体性指标来定量表征生态系统所承受的损害，亦不能衡量人类活动排放的化学品总量与环境承载容量的相对大小。作为环境足迹一员，化学品足迹继承了“足迹”指标的特点，可定量表征生态系统受化学品影响的程度，并结合生态阈值及环境承载容量，有助于评价人类活动对环境可持续性的影响，有望成为公众、企业、决策者及利益相关者之间相互交流的重要工具。本文概述了化学品足迹的基本概念及其发展历程，介绍了现有的化学品足迹计算方法及其应用于不同空间尺度下的案例研究，讨论了化学品足迹研究中存在的问题与挑战，并对其应用前景进行了展望。

化学品足迹；环境足迹；承载容量；环境可持续性；风险评价

Received 7 December 2015 accepted 4 March 2016

化学品已成为人类社会发展不可或缺的要素[1]。据统计，市场上使用的化学品超过14万种，相关产品则超过29万种，且仍在快速增加[2-3]。化学品在其整个生命周期内都有可能进入自然环境造成污染，进而对生态系统造成损害[4]。化学品污染被联合国环境规划署列为影响人类生存与发展的全球性重大环境问题之一[1]。只有践行可持续的化学品管理，才能突破化学品污染困局，缓解生态压力，引领人类社会走上可持续发展的道路[5]。

实现可持续的化学品管理，前提在于准确评价化学品的综合风险。生命周期评价(LCA)方法能够评价产品“从摇篮到坟墓”的完整历程，可在时间尺度上将人类活动与化学品环境排放关联起来，并将化学品风险赋以具体指标的形式[6]。但是，典型的化学品风险评价指标往往是化学品环境暴露水平与毒性效应阈值的函数形式，如风险商值计算预测环境浓度与预测无影响浓度的比值[7]。风险商值可提供化学品的相对风险排序，然而，这种风险评价指标往往指向零碎的危害性或毒性终点，不能给出整体性指标来定量表征生态系统所承受的损害，亦不能衡量人类活动排放的化学品总量与环境承载容量(carrying capacity)的相对大小。因此，当前的化学品风险评价指标不能从可持续的角度评价人类活动对生态环境的影响。

从可持续的角度评价人类活动对生态环境的影响，需确定人类施加环境压力与自然生态系统消解该压力的相对速率，并界定人类活动的安全操作空间(safe operation space)以及维持地球生态系统基本功能所允许人类压力上限的“地球环境边界(planetary boundaries)”[5]。在现有可持续性评价指标中，足迹因具有形象的表现形式及不同时空尺度的可比性而受到青睐。表征人类活动对生态环境压力的足迹指标统称为环境足迹(environmental footprints)[8]，如生态足迹(ecological footprint)、碳足迹(carbon footprint)、水足迹(water footprint)等，分别聚焦于自然资源占用、温室气体排放、水资源消耗等人类活动所造成环境压力的不同方面[9]。然而，上述足迹指标尚未有效涵盖人类活动中数以万计的化学品对生态系统造成的影响。

此前关于化学品对生态系统影响的研究仍局限于土地营养负荷(化学肥料)、酸雨和其他相对简单的污染场景[3]。由于人类活动的方方面面都与特定的化学品环境排放相关联，化学品对自然环境的潜在危害可能破坏生态系统的稳定性，进而影响人类社会的可持续发展。鉴于此，化学品足迹(ChF，chemical footprint)概念的提出，可作为公众、企业、政府管理者及利益相关者之间相互交流的重要工具，用于定量评价化学品生态风险，进而有助于评价人类活动对环境可持续性的影响。

1 化学品足迹概念的发展(Conceptual development of chemical footprint)

化学品足迹(ChF)的概念，其灵感来自生态足迹，由Panko和Hitchcock[10]于2011年在一篇商业报告中提出。经不同学者的理解，ChF概念逐渐演进，见表1。

可以看出，Panko等[10]和Konkel[14]对ChF的定义是针对产品整个生命周期内的高危害化学品，其对可持续性的理解，亦着眼于特定的产品：高的可持续性意味着较大的市场份额及较长的产品寿命。该ChF概念可用于披露公司高危害化学品清单，提升公司的信息透明性和社会责任意识，进而指导化学品安全政策制定及金融投资策略等[14-15]，其定义和功能类似于传统化学品风险评价指标，意在借用“足迹”之名为公众、企业、决策者及利益相关者就化学品安全管理问题提供交流工具。这类ChF概念旨在达到某种商业目的，局限于企业和产品，缺乏关联人类活动、化学品及其生态环境影响的框架。

人类活动排放的化学品通过多种途径进入环境空间，生态系统暴露在一定水平的化学品浓度之下，其结构与功能会受到影响，体现出化学品的生态毒性效应；而环境空间一方面起到消纳化学品的作用，另一方面则为生态系统提供必要的物质和能量基础，成为人类活动与生态系统健康之间关系的桥梁。总之，合适的ChF概念应体现出化学品、生态系统及环境空间三者之间的联系(图1)：ChF以人类为行为主体，以人类活动排放的化学品为评价主题，将人类活动排放的化学品对生态系统健康的风险转化为直观的环境空间占用量的形式，并可用于化学品相关的环境风险及可持续性评价。

表1 化学品足迹(ChF)概念的逐渐演进

图1 化学品足迹(ChF)概念框架Fig. 1 Conceptual framework of chemical footprint

计算ChF需解决三方面的问题：第一，如何准确定量人类活动与化学品排放量之间的关系；第二，如何确定化学品对生态系统健康的毒性效应阈值；第三，如何定量环境空间对化学品的消纳能力。针对第一个问题，可以基于现有的LCA方法体系，跟踪人类活动中化学品的排放量。而回答后两个问题，需考虑生态系统的承载容量和修复能力等因素，将人类活动造成的生态影响与生态阈值或地球环境边界关联起来[3,5]。由于环境问题涉及到多介质时空连续的复杂系统，以目前的环境科学水平，需要对化学品生态毒性和环境归趋行为等进行适当简化，才能定量表示消纳化学品所需要的环境空间。接下来介绍2个ChF计算案例，尽管其主要针对淡水生态系统，但仍对ChF的定量计算做出了初步的探索。

2 化学品足迹计算案例(Calculation of chemical footprint: Case studies)

为将化学品排放与其对生态系统造成的损害程度定量关联起来，需要一种可以指示生态系统“健康状态”的具体指标。考虑到生物多样性在一定程度上能够体现出生态系统的稳健性，因而考察化学品污染对生物多样性的影响，可以在一定程度上指示生态系统的受损程度。在该领域，物种敏感性分布(species sensitivity distribution, SSD)曲线提供了一个简单的模型[16]，基于不同物种对环境中化学品(毒性)的敏感性差异，将化学品的环境暴露浓度与生态系统中潜在受到影响的物种比例(potentially affected fraction, PAF)关联在了一起(图2)。反向利用SSD曲线，即可以设定拟保护物种的比例，推导出其对应的上限化学品暴露浓度。例如，在保守的风险评价中，为保护绝大多数物种不受化学品毒性影响，一般采用PAF为5%时对应SSD曲线的浓度值(HC5, hazardous concentration at 5% PAF)作为该类化学品导致的生态系统健康毒性效应阈值的一个粗略估计。

图2 典型物种敏感性分布(SSD)曲线Fig. 2 A typical curve of species sensitivity distribution (SSD)

另一方面，还需要定量环境空间对人类排放化学品的消纳能力(图1)。最简单的思路即“用稀释解决污染(the solution to pollution is dilution)”，这样就可以将稀释化学品污染至可接受生态毒性阈值(如上述HC5)所需环境空间体积定义为化学品足迹(ChF)。在操作上，稀释化学品污染所需水体积(即ChF)与所评价区域内可用水体积的比值低于(高于)单位1，则反映出人类活动对水生生态系统的可持续性(不可持续性)[11,17-18]。基于此，Zijp等[12]和Bjørn等[13]分别提出定量计算ChF的方法，通过比较ChF与目标区域可获得水资源总量，即可判断化学品排放是否超过生态系统本身的承载容量。

2.1 借助复合潜在影响比例阈值来计算化学品足迹

基于PAF，De Zwart和Posthuma[16]发展了复合潜在影响比例(multi-substances PAF, msPAF)以评价多种化学品对生物的联合毒性。结合msPAF，Zijp等[12]采用环境区间体积加权，定义联合毒性压力msPAFav：

(1)

其中，msPAFs为不同环境区间复合潜在影响比例(%)，Volumes为不同环境区间体积(m3)。

在考虑生态阈值时，Zijp等[12]提出2个基准：政策边界(policy boundary)和自然边界(natural boundary)。政策边界考虑SSD曲线上5%物种受到影响，由于该研究中毒理学数据基于半数效应浓度(EC50)而非无可观测效应浓度(NOEC)，作者对其进行换算，得到了基于EC50的政策边界，等价于0.1%的物种受到影响。而根据Mulder等[19]的水生生态系统食物网模型，考虑不发生生物间接灭绝(indirect deletion)，即因某些物种灭绝引起食物网完整性受损而导致其他物种灭绝的现象时，所对应的PAF值为自然边界，等价于3%的物种受到影响。考虑到生态系统受到酸雨、富营养化等其他影响，也会降低对化学品污染的耐受限度，此时采用更为严格的政策边界管理化学品，可以相对保守地评价生态系统面临的风险。基于生物对化学品暴露敏感性的msPAFav，给出如下化学品足迹计算式：

(2)

其中，ChF为化学品足迹(m3)，msPAFmax为复合潜在影响比例阈值(政策边界下为0.1%和自然边界下为3%)，EStotal为化学品排放占据的总环境空间(m3)。

根据该计算方法，Zijp等[12]选择欧洲630种代表性有机化学品作为研究对象，基于政策边界和自然边界，ChF计算结果为7.8×103km3和2.6×102km3，分别占欧洲可获得水资源总量的1.1%和0.04%。结果表明欧洲有机化学品排放现状可以维持生态系统结构和功能。此外，Zijp等[12]也选取莱茵河(Rhine)、墨兹河(Meuse)和斯海尔德河(Scheldt)流域，考察274种农用杀虫剂的ChF，假设流域可获得水资源总量在所研究年份期间恒定不变，结果显示环境中残留杀虫剂的ChF严重超过了可获得淡水体积。上述研究结果可分别与欧盟统计局和荷兰地区杀虫剂消耗评价的数据相互印证。Zijp等[12]定义的ChF可以将化学品排放造成的生态影响转化为消纳化学品所需要的环境空间，便于和现有环境空间比较。该计算方法考虑了化学品混合毒性，但是亦存在值得质疑之处。例如，根据该计算式，msPAFav与环境空间体积呈正比例的关系，然而，环境空间体积与受到潜在影响的物种比例恐怕并非是如此简单的线性关系。

2.2 借助生态毒性影响特征化因子来计算化学品足迹

数据匮乏是计算ChF的一大挑战，一些化学品毒理数据(如NOEC)往往需要基于大量毒理学实验才能获取，很多化学品没有数据可用，极大地限制了评价特定区域ChF的实践。Zijp等[12]提出的计算方法需分别计算每一种化学品的潜在影响比例，考虑到实际环境中化学品污染的复杂性，该方法可行性较低。2013年，Sala和Goralczyk[3]在其研究案例中借助USEtox模型[20-21]的淡水生态系统比较毒性单位(comparative toxic unit for freshwater ecosystem)来表征化学品的生态毒性效应，为后续研究提供了思路，即利用生态毒理学领域现有较为成熟的模型来估算ChF。而目前利用LCA表征化学品毒性影响的最佳模型是USEtox模型，其内嵌的多介质归趋模型可以很好地模拟化学品在环境介质中的动态迁移转化和降解等过程。利用该模型可以将生态毒性影响转化为对一定体积环境介质的占用。该模型是为比较不同污染物的生态毒性影响而开发的，未采用安全因子或其他保守性估计，可以得到绝对意义的环境影响量。此外，USEtox被广泛采用，其附带的数据库约有2 500种化学品的淡水生态毒性特征化因子(characterization factor, CF)，即一定时间，一定环境介质体积内，单位质量化学品所影响的物种比例(PAF·m3·d·kg-1)，还可以计算未知化学品生态毒性CF，这也在一定程度上解决了毒性数据缺失的难题。

基于USEtox模型的上述优势，Bjørn等[13]针对淡水生态系统，利用CF，结合化学品排放量E(kg)，给出了化学品足迹计算式：

ChF=f·∑CFUSEtox·E

(3)

式(3)中，ChF为化学品足迹(m3)，f是为了进一步估算绝对环境影响量而设定的修正因子(取值290，无量纲)。因此通过公式(3)计算得出ChF的单位是m3·d (PAF无量纲，可忽略)，可解释为稀释化学品浓度到安全水平所需要的淡水体积与占用该体积时间的乘积。当污染排放发生在已知时间段内，可将ChF除以时间，得到体积形式的ChF。为确定边界条件，Bjørn等[13]提出稀释容量(dilution capacity, DC)这一关键概念，表示可用于稀释化学品污染的地表淡水体积，以配合ChF说明可持续性程度。ChF与DC以ChF/DC的形式结合，当ChF/DC低于(高于)1时，可判定所评价区域化学品相关活动对于该区域淡水生态系统是可持续(不可持续)的。

Bjørn等[13]选择欧洲化学物质排放清单中173种化学品，基于上述方法计算得出2004年欧洲国家及部分城市的ChF，结果显示对于绝大多数的欧洲国家及内陆城市，其ChF/DC大于1，即化学品污染超过了生态系统本身的承载容量。这种借由USEtox模型特征化因子转化的方法使得ChF的计算变得简便，利用ChF/DC值可以实现不同区域人类活动对环境可持续性影响的相对比较，然而，ChF的绝对含义仍不是很明确，同时还需另行界定不同区域的DC值。此外，由于该方法过渡依赖USEtox模型，因而USEtox模型本身的失真和不确定性都会传递给所计算的ChF值，从而对后续的评价造成干扰。

3 化学品足迹面临的问题与挑战(Problems and challenges for chemical footprint)

评价化学品生态风险，不宜受限于现存的评价方法，需要发展多种指标相互补充，进而多角度评价化学品的潜在危害[11,22]。化学品足迹(ChF)的根本功能是，以一种综合而直观的形式，将人类活动中化学品排放造成的环境影响定量表现出来，并支持该影响与环境承载容量相比较，进而从可持续的角度评价人类活动对生态环境的影响。为实现该功能，必须面对“人类活动与生态系统之间、社会与自然之间的相互作用机制”这一庞杂的科学问题，并准确界定地球生态系统层次的化学品毒性阈值和地球环境边界，这样才能保证ChF的可信性和有效性。基于此，对ChF发展所面临的诸多问题与挑战展开讨论。

3.1 化学品相关数据匮乏

获取全面可靠的化学品清单数据是进行ChF评价的基础。在我国化学品生态风险评价领域，准确的排放量、归趋和暴露的数据往往是难获取的，更没有对企业化学品排放展开全面有效的统计，这都极大地降低了在中国应用ChF的可行性。相比而言，美国、经济合作与发展组织等已建立“污染物排放与转移登记制度(pollutant release and transfer register)”[23]、“排放场景文档(emission scenario documents, www.oecd.org/env/exposure/esd)”、“毒性排放清单数据库(toxics release inventory database)”[24]等体系，数据高度透明化，为化学品风险评价提供了较全面的数据支持。在我国实施化学品排放清单登记等制度，建立和完善化学品数据库系统，可在一定程度上解决ChF评价中数据匮乏问题，有助于高效开展化学品风险管理工作。

然而，注意到新化学品源源不断被合成、使用并进入环境，化学品污染状况亦随时间变化，根据现有化学品排放记录的足迹研究，显然具有滞后性。理论上，只有涵盖人类社会活动排放的全部化学品，所计算的ChF才有绝对意义，具备与地球承载容量的可比性。因此，在进行ChF绝对意义上的比较时，须注意选取数据的覆盖性与代表性。此外，缺失的化学品相关数据有可能利用定量构效关系(QSAR)模型进行快速地填补[25-26]。

3.2 化学品复合污染与联合毒性

经典的化学品风险评价限于单种化学品，欠缺对复合污染与联合毒性的考虑。进入环境的化学品，其行为并不是相互独立的，借助USEtox模型计算单种ChF，假定不同化学品之间具有相同的毒性作用机制，并采用浓度加和(concentration addition)模型计算不同化学品之间的联合作用，并不符合实际：一方面，不同化学品在环境中可能发生化学反应，引起彼此毒性削弱亦或是产生毒性更强的转化产物；另一方面，不同化学品在生物体内会发生拮抗或协同作用从而显著抑制或增强毒性。综上，化学品在环境与生物体内的复杂行为会改变彼此独立存在时的归趋与毒性效应，体现出化学品污染的复杂性。

尽管De Zwar和Posthuma[16]发展的msPAF指标，考虑到化学品之间不同的毒性作用机制，采用效应加和(response addition)模型计算其混合毒性作用，然而，无论浓度加和还是效应加和，均未考虑化学品之间的相互作用影响。对于环境中同时存在的化学品，美国环保局发展了一种基于化学品之间相互作用的危害指数(HIint-EPA)[27]，在浓度加和模型危害指数(hazard index)基础上整合了相互作用因子(interaction factor)，有望定量表示混合化学品之间的相互作用，但是其风险商值的形式并不适合ChF的概念。

复合污染与联合毒性是发展ChF模型不可逾越的问题。对于缺乏毒性作用机制信息的化学品，可以专门开展毒理学实验研究或借助计算毒理学方法来辅助判断[28]。然而，深入研究化学品的环境行为机制，揭示化学品在环境介质中发生的迁移转化，预测复合污染物的环境归趋，研究多种化学品在生物体内的分布和毒性效应机制，才有望准确表征化学品复合污染与联合毒性，提升ChF的科学可靠性。

3.3 生态系统健康状态指标

化学品排放到环境中，对一定数量的生物个体产生毒性效应，进而影响种群和生态系统的健康状态。在现有ChF定义中，生态系统状态的指示终点主要基于物种敏感性分析，用物种潜在影响比例表示。生态系统是由无机环境及生物成分构成，而多种生物构成的食物网络一定程度上能够表征生态系统的稳健性，然而，当前的PAF指标仅是泛泛地以受到影响的物种百分比来表示，未曾考虑到生态系统中关键物种的特殊地位，这一问题需要在后续的研究中加以考虑。

另一方面，生态系统维持自身稳态，并为地球环境以及栖居于其中的生物提供生态服务功能，这种服务功能本身可能比单纯的物种潜在影响比例更具备表征生态系统状态的特质。类似地，生态足迹概念中，也综合考虑了可耕地、林地、草场、化石能源地、建筑用地和海洋6个方面，分别对应着粮食供应、能源供应、提供生存空间等重要的生态系统服务或功能[29]。总之，ChF的定义不应满足和停留于现有的指向生物多样性的终点指标，而应该探索其他更合适的指标。

3.4 时间和空间特异性

ChF有很强空间特异性。当前的ChF研究仍以淡水生态系统的功能(PAF)为主，诚然，淡水生态系统对于人类的生存具有非常重要的意义，同时也是环境领域研究较为成熟的对象。然而，不同地理区域由不同的生态系统组成，对同种化学品污染，其耐受限度也存在差异，在进行特定区域的ChF研究时应尽量考虑当地生态系统特性。此外，进入环境的化学品，其空间浓度分布不是均一的，在排放源附近浓度较高，当前的ChF并没有考虑到排放源的“热点(hot spot)”特性，很可能低估排放源附近的生物承受的潜在生态毒性风险。

另一方面，ChF研究具有时间特异性。化学品实际排放情况也会随时间波动，例如集中于某时间段内的大量化学品排放。由于当前研究主要采用稳态模型处理化学品在环境介质中的归趋，无法体现出化学品排放的时间特异性。精细地考虑这一时间特异性，增加ChF的时间分辨率，可提升预测与评价的准确性，但同时也会大幅增加ChF评价所需的数据量和工作强度。综上，具体采用何种时间尺度或指标，还需要视评价者的目的而定。

3.5 化学品足迹模型

模型化是科学研究的发展趋势之一，模型也是理论研究的一种高级形态。上述科学问题都可以在ChF评价模型中体现出来。当前的ChF方法主要借助基于多介质归趋[30]的生命周期影响评价(LCIA)模型，尤其是USEtox模型，然而该类模型尚存一些缺陷。例如在Bjorn等[13]的研究中，丹麦境内ChF几乎全部由金属锌、铜贡献，有机杀虫剂则仅占1%左右，而事实上金属化学物质的生物利用度较低，因此USEtox模型对金属的淡水生态毒性影响有“高估”的倾向[31]。此外，对无机化学品、有机金属化学品及两性化学品等，该模型尚不能准确地模拟计算，这是多介质逸度模型应用于ChF研究亟待解决的问题。

现存模型数据库中仅有针对全球的简化模型及部分国家和地区的地理信息参数，而不同区域气候、水文条件等差异显著，采用默认参数可能并不合适，借助地理信息系统，丰富不同研究尺度(城市、农村、典型工业园区等)地理区块的数据信息，才能降低ChF模型的不确定性。随着研究深入，相关的模型也会逐步改进，更逼真地模拟化学品暴露乃至毒性效应，为计算ChF提供更可靠的科学依据。

3.6 化学品足迹涵盖性问题

化学品外延广泛，温室气体(二氧化碳、甲烷等)、营养盐物质(氮磷等)、化石燃料、以及传统水体污染物(COD、BOD等)，广义上都可归属在化学品概念下，这些化学品对地球生态系统和人类社会的不同方面有着显著的影响，在环境足迹的母体概念之下，各自对应碳足迹、氮足迹、能量足迹、灰水足迹等面向不同环境压力的子概念。本文讨论的ChF主要针对化学品潜在的生态系统毒性效应进行评价。然而，生态系统健康又与全球气候、可用水资源总量、全球营养盐物质循环等有着紧密的关联。尤其在全球尺度研究ChF时，单纯指向生态系统毒性效应显得颇为片面。

由于各种足迹概念表征了人类活动对地球环境不同方面的影响，因此，有学者提出“足迹家族(footprint family)”的概念[9]，拟整合利用现有的足迹体系评价人类活动对环境可持续性的影响。“足迹家族”更具综合性，不过现有足迹概念相互之间亦有重叠[9]。各种环境压力的产生源也扭结于化学品这一概念之下。因此，跨学科、系统性地理解人类活动与地球系统之间的相互作用，尤其是梳理化学品各种效应之间的复杂关系，才是利用足迹指标表征人类活动对环境影响的基础。

4 化学品足迹应用展望(Perspectives on the application of chemical footprint)

欧美等发达国家在化学品相关政策压力下，非常注重发展和应用化学品环境评价与管理技术，我国在该领域的发展相对落后。化学品足迹(ChF)是化学品风险及可持续性评价领域的一个新兴概念和指标，虽然尚未成熟，却为评价和预测化学品的环境影响提供了一个思路。

ChF具备预测功能，即可进行“前瞻性”评价。例如，在模型中虚拟污染场景，可为特定地理区域内拟建工程项目的环境可持续性提供指导，为城乡绿色发展与规划提供科学依据。此外，ChF具备传统风险评价指标的相对性评价功能，可协助管理部门相关决策、措施的制定；指导毒性化学品的控制与替代，并估算企业产品及供应链内有毒ChF，以明确其生产过程中隐含的环境责任[14]。最关键的是，ChF具备与地球环境边界的直接可比性，即绝对性评价功能。某种意义上，全球化学品承载容量是一定的，因而世界各国ChF总和应该有一个上限值。部分化学品由于其环境持久性及长距离迁移性，经过大气输送、洋流运动等方式影响其他国家的环境安全，甚至引发国际纠纷。因此，ChF研究需要在全球层面展开，更需要世界各国的合作和支持。

综上，ChF可以实现预测功能、相对性评价、绝对性评价功能，有望成为公众、企业、决策者及利益相关者之间相互交流的重要工具，因此，需要我国相关领域的科学工作者和管理者给予足够的关注。

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Chemical Footprint: Concepts, Research Progress and Challenges

Du Cuihong, Wang Zhongyu, Chen Jingwen*, Qiao Xianliang, Li Xuehua, Xie Hongbin, Cai Xiyun

Key Laboratory of Industrial Ecology and Environmental Engineering (Ministry of Education), School of Environmental Science and Technology, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China

According to the United Nations Environment Programme (UNEP), chemical pollution is one of the serious global environmental problems threatening the survival and development of human beings. To achieve sustainable chemical management, it is necessary to quantitatively assess the potential ecological impacts caused by emission of chemicals during the entire lifecycle of products. However, the current risk assessment indicators on chemicals generally rely on scattered hazards or endpoints, failing to give a holistic indicator that can systemically measure the actual damage to ecosystems, and cannot be employed to compare human pressure on ecosystems against environmental carrying capacity. As a member of environmental footprints, chemical footprint has inherited the features of footprint-style indicators that are capable of quantitatively characterizing the extent of the impacts on ecosystems by chemicals. Moreover, chemical footprint can contribute to sustainability assessment based on a combination of ecological threshold and environmental carrying capacity, thus can be used as a useful communication tool among the public, enterprises, decision makers and stakeholders. In this review, the fundamental concepts and development of chemical footprint are summarized. In addition, the existing calculation methods for chemical footprint with case studies at varied regional scales are introduced. Several scientific issues and challenges on chemical footprint studies are discussed. Some perspectives are presented on the application of chemical footprint.

chemical footprint; environmental footprints; carrying capacity; environmental sustainability; risk assessment

10.7524/AJE.1673-5897.20151207001

国家重点基础研究计划项目(2013CB430403)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(DUT15ZD227)

杜翠红(1992-)，女，硕士，研究方向为污染生态化学，E-mail: ducuihong@mail.dlut.edu.cn

*通讯作者(Corresponding author)， E-mail: jwchen@dlut.edu.cn

2015-12-07 录用日期：2016-03-04

1673-5897(2016)2-018-09

X171.5

A

简介：陈景文(1969-)，男，环境科学与工程博士，教授，研究方向为污染生态化学及环境生态技术。

杜翠红, 王中钰, 陈景文, 等. 化学品足迹: 概念、研究进展及挑战[J]. 生态毒理学报，2016, 11(2): 18-26

Du C H, Wang Z Y, Chen J W, et al. Chemical footprint: Concepts, research progress and challenges [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(2): 18-26 (in Chinese)