摘 要：量化與評價麻類紡織產(chǎn)品生命周期的環(huán)境表現(xiàn)可為麻類紡織產(chǎn)品的綠色設計、綠色生產(chǎn)以及綠色消費提供參考。綜述了纖維大麻、苧麻、亞麻等3種主要麻類紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)的研究進展，重點對麻類作物在種植過程中的固碳效應、釋氧效應以及重金屬遷移效應進行了分析討論。結果表明，麻類紡織產(chǎn)品環(huán)境表現(xiàn)量化與評價主要集中在全球變暖潛勢、水體富營養(yǎng)化、水體酸化3類指標上，主要針對大麻、亞麻、苧麻在纖維、紗線以及織物階段的環(huán)境表現(xiàn)進行量化與評價；麻類紡織產(chǎn)品在纖維原材料獲取的種植階段具有碳中和效應和釋氧效應，可依據(jù)光合速率法、生物量法或光合作用反應式量化與評價固碳量和釋氧量；針對麻類作物不同產(chǎn)品流向來量化與評價重金屬遷移效應的正外部性。以期客觀、完整、準確地評估麻類紡織產(chǎn)品生命周期內的環(huán)境影響。
關鍵詞：麻類；環(huán)境表現(xiàn)；生命周期；固碳；重金屬
大麻、亞麻和苧麻等麻類纖維是歷史悠久的紡織原料，麻類紡織產(chǎn)品具有吸濕透氣性、抗菌抑菌性、防靜電性能、防紫外線性能以及吸附有毒氣體等特點［1］。麻類紡織產(chǎn)品全生命周期包括麻類纖維原材料獲?。ㄗ魑锓N植、麻原莖收割、漚麻、打麻等）、工業(yè)生產(chǎn)加工（紡紗、織造、染整、縫制）諸多鏈段，每個鏈段具有不同的環(huán)境表現(xiàn)。麻類作物在種植過程中能夠通過光合作用吸收大氣中的 CO2，并以有機碳的形式固存在植物內部和土壤中［2］。麻類作物還可以修復重金屬污染的土壤，對重金屬具有較強的耐受性，并具有吸收和轉運作用［3］。麻類紡織產(chǎn)品在工業(yè)生產(chǎn)加工階段消耗能源、水資源和化學品等，并產(chǎn)生溫室氣體、廢水污染物和固廢排放，對環(huán)境產(chǎn)生影響。本研究對國內外麻類紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)評價的研究進展進行綜合分析與討論，以全面量化與評價麻類紡織產(chǎn)品全生命周期的環(huán)境表現(xiàn)，為麻類紡織產(chǎn)品的綠色設計、綠色生產(chǎn)和可持續(xù)消費提供參考。
1 麻類紡織產(chǎn)品環(huán)境表現(xiàn)評價
以“大麻”或“亞麻”或“苧麻”或“黃麻”并含“生命周期”或“足跡”或“環(huán)境影響”組合檢索 CNKI數(shù)據(jù)庫，以“Flax” “Hemp” “Ramie”“LifeCycleAssessment”“environment impact”組 合 檢 索 Web of Science 數(shù) 據(jù)庫，共檢索到相關文獻20篇。對文獻中麻類紡織產(chǎn)品生命周期表現(xiàn)的研究結果進行分析、匯總，結果如表1所示。
由表 1可知，麻類紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)量化與評價指標涉及全球變暖潛勢、富營養(yǎng)化、毒性、酸化、能源使用、化石損耗等，其中關注最多的是全
球變暖潛勢、水體富營養(yǎng)化、水體酸化3類指標。檢索的研究文獻中涉及的麻類紡織產(chǎn)品種類有纖維、紗線、織物等，麻的類別有大麻、亞麻和苧麻，如圖 1 所
示。不同麻類紡織產(chǎn)品的環(huán)境表現(xiàn)量化與評價結果不同，例如相同功能單位亞麻纖維的全球變暖潛勢小于大麻纖維［5］，相同功能單位苧麻紗線的全球變暖潛勢小于大麻紗線和亞麻紗線［4，6-8］。
2 討論
麻類紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)量化與評價需確定明確的系統(tǒng)邊界，收集投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，選擇評價指標和評價方法，形成結果評價，每個鏈段涉及多種影響因素，并直接影響評價結果。麻類紡織產(chǎn)品作為典型的植物源纖維產(chǎn)品，生命周期內除了全球變暖潛勢、富營養(yǎng)化、酸化和毒性等負外部性環(huán)境表現(xiàn)外，亦有正外部性環(huán)境表現(xiàn)，例如麻類作物在種植過程中吸收CO2、釋放O2、修復重金屬污染土壤等。
2.1 麻類紡織產(chǎn)品的碳中和效應量化
麻類作物通過光合作用合成的碳水化合物儲存在麻葉、枝條、莖稈和根部中，其中莖稈韌皮中的有機物是麻纖維的主要成分，并隨加工流程固存于麻類紡織產(chǎn)品中，即具有碳中和效應。麻類紡織產(chǎn)品基于光合作用的碳中和效應可參照光合速率法和生物量法進行量化。
光合速率法［10-11］通過測量植物每葉面積的凈光合速率，可以獲得每天每葉面積的凈同化（植物凈光合速率可以反映固碳速率），并借助植物的葉面積指數(shù)得到單位土地面積作物的日固定 CO2量，最后利用有效光合作用時間得到植物的碳匯量。例如耿世洲［12］利用光合速率法計算出苧麻頭麻的日凈固碳量為（8.230±0.012）g/m2/d。生物量法主要基于植物的生物量變化來間接計算植物的固碳量，該方法具有應用性廣、操作簡便明確、精度較高等特點，在推算出
生物量的基礎上再乘一個換算系數(shù)來求得植物的碳儲量［13］。
兩種方法相比，光合速率法可以精確得到某秒、某時、某年的光合作用固碳量，屬于過程分析，但其測試工作相對比較繁雜，需要每小時或每天進行數(shù)
據(jù)觀測。生物量法則是以生物量的計算為基礎，采用收獲法測定植物現(xiàn)存有機體的干重，從而計算得出固碳量?，F(xiàn)有文獻中關于麻類作物固碳量通常采用生物量法進行計算，例如楊自平等［14］采用生物量法進行計算，得到每 t大麻纖維吸收的 CO2量約為 1.833t；Evard 等［15］研究指出每 kg 大麻能通過光合作用固
定1.84 kg CO2。
2.2 麻類作物的釋氧效應
麻類作物在光合作用吸收 CO2的同時釋放 O2，有助于保持大氣中的碳氧平衡，對于改善空氣質量、實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)具有重要意義。通過測定作物光合作用的日同化量，可推算出日釋放出O2的量：
其中，WO 表示作物每日釋放 O2的量，P表示該日的同化總量，單位為mmol/（m2·d）；Pi表示初測點的瞬時光合速率，Pi+1表示下一測試點的瞬時光合速率，單位為μmol/（m2·s）；ti表示初測點的瞬時時間，ti+1表示下一測試點的時間，單位為 h；j 表示測試次數(shù)；3 600 表示每 h為 3 600 s；1 000表示 1 mmol為 1 000 μmol；32表示O2的摩爾質量，單位為g/（m2·d）。
韓煥金［16］指出植物固碳釋氧計算方法受環(huán)境因素影響較大，不同月份趨勢不同，夏季偏低，秋季較高。馬瓊芳等［17］利用光合作用下植物形成 1 g 干物質
需固定1.63 g CO2、釋放1.2 g O2的原理來計算釋氧量：
Wo2 = 1.2×W×S
其中，WO2 指釋放氧氣量，單位為 kg；W 表示該植物的生物量，單位為 kg/hm2；S 表示植物的種植面積，單位為hm2。
兩種方法相比，第一種方法利用作物光合作用日同化量推算出釋氧量，能夠體現(xiàn)出麻類作物碳匯能力的動態(tài)變化，釋氧量呈季節(jié)性差異，該方法實際操作復雜，誤差較大；第二種方法利用光合作用反應式計算釋氧量則相對簡便，例如每 hm2大麻纖維產(chǎn)生的干物質量約為 1.404 3 t［14］，可計算出每 hm2大麻纖維約釋放1.484 t的O2。
2.3 麻類作物的重金屬遷移效應
麻類作物在生長過程中可以吸收、轉移、提取土壤中的重金屬污染物，并將有毒性的重金屬離子分布在特定的組織、器官或細胞中，并形成難溶性的化合物或特定的有機化合物［18］。Saleem 等［19］的研究結果顯示，亞麻作物能吸收、積累和轉運土壤中的多種重金屬，尤其是對鎘的去除效果最好。李豐濤等［20］研究發(fā)現(xiàn)紅麻作物對重金屬的遷移能力較強，當季對銅的最高累積量可達251.6 g/hm2。土壤中的重金屬被麻類作物吸收后，其在麻類作物各部位中的富集分布從大到小表現(xiàn)為根部、莖部、葉部［21-22］。
麻類作物莖稈中吸收的重金屬隨加工流程進入麻纖維、麻芯制成的建筑材料和木炭等產(chǎn)品中，因此在進行麻類紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)評價時，應對重金屬的遷移效應予以關注，包括正外部性的定性判定與定量評估，以更全面地評估麻類紡織產(chǎn)品的環(huán)境表現(xiàn)。
3 結語
麻類紡織產(chǎn)品是典型的植物源纖維紡織產(chǎn)品，全面量化與評價其生命周期的環(huán)境表現(xiàn)對麻類紡織產(chǎn)品的綠色設計、綠色生產(chǎn)和綠色消費具有重要意義。由于麻的種類較多，生命周期鏈較長，涉及的環(huán)境表現(xiàn)類別較多，開展麻類紡織產(chǎn)品生命周期表現(xiàn)研究仍有諸多有待探討和解決的問題。通過對麻類紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)評價的研究文獻綜述和討論得出如下結論：
（1）現(xiàn)有研究針對大麻、亞麻、苧麻在纖維、紗線以及織物階段的全球變暖潛勢、富營養(yǎng)化、毒性、酸化、能源使用、化石損耗等進行量化與評價，其中對于全球變暖潛勢、水體酸化、水體富營養(yǎng)化 3 個指標的研究最多。
（2）針對麻類作物種植過程的光合特性，應考慮其種植固碳的碳中和效應和生長周期內的釋氧效應，合理選擇光合速率法、生物量法或光合作用反應式量化固碳量和釋氧量，全面量化與評價麻類紡織產(chǎn)品生命周期內的全球變暖潛勢。
（3）關注麻類作物的重金屬遷移效應，基于不同麻類產(chǎn)品流向來量化與評價重金屬遷移效應的正外部性，以更加全面地評估麻類紡織產(chǎn)品的毒性表現(xiàn)。
參考文獻
[1] 張建春，張華 . 漢麻纖維的結構性能與加工技術[J]. 高分子通報，2008(12)：44-51.
[2] 熊偉，湯滌洛，付聰，等 . 苧麻對坡耕地土壤及團聚體固碳效應的影響[J].湖北農業(yè)科學，2017，56(13)：2434-2437.
[3] 吳科堰，敖明，柴冠群，等 . 非食用經(jīng)濟作物修復重金屬污染土壤研究進展[J].山地農業(yè)生物學報，2019，38(1)：62-67.
[4] VENTURA A， SENGA K T， CAZACLIU B， et al. Sensitivityanalysis of environmental process modeling in a life cyclecontext： a case study of hemp crop production[J].Journal ofIndustrial Ecology，2015，19(6)：978-993.
[5] GONZÁLEZ-GARCÍA S，HOSPIDO A，F(xiàn)EIJOO G， et al.Lifecycle assessment of raw materials for non-wood pulp mills：hemp and flax[J]. Resources， Conservation and Recycling，2010，54(11)：923-930.
[6] DONG S， XIAN G， YI X S. Life cycle assessment of ramiefiber used for FRPs[J].Aerospace，2018，5(3)：81.
[7] TURUNEN L， VAN DER WERF H M G. The productionchain of hemp and flax textile yarn and its environmentalimpacts[J].Journal of Industrial Hemp，2007，12(2)：43-66.
[8] GOMEZ-CAMPOS A， VIALLE C， ROUILLY A， et al. Flaxfiber for technical textile： a life cycle inventory[J].Journal ofCleaner Production，2021，281：125177.
[9] VAN EYNDE H.Comparative life cycle assessment of hempand cotton fibres used in Chinese textile manufacturing[D].Leuven：University of Leuven，2015.
[10] 張彪，謝紫霞，高吉喜 . 上海城市森林植被固碳功能及其抵消能源碳排放效果評估[J]. 生態(tài)學報，2021，41(22)：8906-8920.
[11] FU D，BU B，WU J，et al.Investigation on the carbon seque stration capacity of vegetation along a heavy traffic loadexpressway[J].Journal of Environmental Management，2019，241：549-557.
[12] 耿世洲.苧麻光合生理生態(tài)特性及固碳能力的初步研究[D].武漢：武漢紡織大學，2012：30-31.
[13] 朱凱，張倩倩，武鵬飛，等 .城市綠地碳匯核算方法及其研究進展[J].陜西林業(yè)科技，2015(4)：34-39.
[14] 楊自平，張建春，張華，等 .基于 PAS2050規(guī)范的大麻纖維產(chǎn)品碳足跡測量分析[J].紡織導報，2012，33(8)：140-144.
[15] EVARD A，PRITCHETT I，MAWDITT I.Hemp lime constr?uction-A guide to building with hemp lime composites[M].Bracknell，2008：63-69.
[16] 韓煥金 . 城市綠化植物的固碳釋氧效應[J]. 東北林業(yè)大學學報，2005，33(5)：68-70.
[17] 馬瓊芳，燕紅，李偉，等 .吉林省濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳和釋氧服務功能分析[J].生態(tài)環(huán)境學報，2021，30(12)：2351-2359.
[18] HALL J L. Cellular mechanisms for heavy metal detoxif ?ication and tolerance[J]. Journal of Experimental Botany，2002，53(366)：1-11.
[19] SALEEM M H， ALI S， HUSSAIN S， et al. Flax (Linumusitatissimum L.)：a potential candidate for phytoremediation?Biological and economical points of view[J]. Plants， 2020， 9(4)，496.
[20] 李豐濤，祁建民，牛韶華，等 .閩中南紅麻種植田土壤重金屬含量及其富集特征[J]. 福建農林大學學報(自然科學版)，2013，42(2)：127-133.
[21] 譚龍濤，喻春明，陳平，等 .麻類作物多用途研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國麻業(yè)科學，2012，34(2)：94-99.
[22] 許英，揭雨成，孫志民，等 .苧麻品種對鎘污染土壤適應性的研究[J].中國麻業(yè)，2005，27(5)：249-253.
文章摘自：劉君冉，劉書軼，王曉蓬，王來力.麻類紡織產(chǎn)品生命周期環(huán)境表現(xiàn)評價研究綜述[J].染整技術，2022，44(11)：1-4+9.
