Assessing environmental costs and impacts of forestry activities: A multi-method approach to environmental accounting
Elvira Buonocore , Tiina Hauml;yhauml; , Alessandro Paletto , Pier Paolo Franzese [1]
abstract
Concerns about greenhouse gas emissions and a possible future shortage of fossil resources are leading to a growing demand for wood biomass as a renewable material and energy source. In this context, forestry activities are increasing to meet the larger demand for wood biomass supply. Hence, there is also an increasing need for assessing environmental costs and impacts of forestry operations, considering both direct and indirect inputs supporting wood production systems as well as main outputs, co-products, and by-products. In this study, a multi-method assessment encompassing material, energy, and emergy demand as well as relevant emissions was implemented to explore the environmental performance and sustainability of timber and wood biomass production in the Alpine context of Fiemme and Fassa Valleys, Province of Trento (Italy). The Energy Return On Investment (EROI) calculated for timber and wood chips production was 51.9 and 28.1. These output/input energy ratios showed that the productsrsquo; energy content was high compared to the direct and indirect fossil energy invested in both production processes. The global to local ratio of abiotic material calculated for timber and wood chips was 3.58 and 2.95, proving that about 2 times more matter flow were extracted and processed elsewhere than locally to supply the production processes. The fraction of renewable emergy calculated for timber and wood chips was 81% and 75% while the Emergy Yield Ratio (EYR) was 4.57 and 3.86, respectively, proving that the forestry system is considerably supported by renewable and locally available resources. The release of CO2 was 855 and 133 t CO2/yr when considering the whole Fiemme and Fassa Valleys. These last figures, compared to the potential of the two valleys for greenhouse gas mitigation, showed the ability of the investigated forestry sector to perform within the limits of the local carrying capacity in terms of CO2 emissions. Finally, the scenario analysis highlighted the maximum production level compatible with a sustain-able forest exploitation. In conclusion, the development of a multi-method approach to environmental accounting allowed a comprehensive assessment of forestry operations, providing a tool useful for local managers and policy makers committed to implement an environmentally sound management of forestry activities.
1. Introduction
Since its inception some 30 years ago, Environmental Cost Accounting (ECA) has reached a stage of development where individual ECA systems are separated from the core accounting system based an assessment of environmental costs with (see Fichter et al., 1997, Letmathe and Wagner , 2002).
Concerns about greenhouse gas emissions, rising energy prices and shortage of natural resources have led to an increasing interest for wood biomass as a renewable material and energy source. One target of the European Union is to reduce greenhouse gas emissions and use of fossil fuels by increasing up to 20%the share of renewable energy by 2020.
Forests in Europe are growing at a high rate as only two-third of their annual increment of wood biomass is removed by felling. Still, Europe remains one of the main round wood producers in the world and, therefore, the proportion of increment that is utilized is likely to increase in the future The balance between net annual increment and annual felling has been the main criterion for assessing the sustainable exploitation of forest ecosystems over time.
Many studies on forestry operations have focused the attention on greenhouse gas balance CO2 and other greenhouse gases are emitted as a consequence of harvesting, management, and logistic operations related to wood biomass production. The carbon neutrality of biomass production and use has been questioned due to indirect emissions of CO2 and other greenhouse gases . Furthermore, direct inputs (inputs that are directly used and locally managed) and indirect inputs (energy and material flows used by upstream processes) are needed to support wood production systems. For this reason, it is important to account for both direct and indirect energy and are needed to support wood production systems. For this reason, it is important to account for both direct and indirect energy and material demand as well as output emissions due to forestry activities and management.
In previous studies, life cycle assessment (LCA) has been used to evaluate the environmental impact of forest ecosystem exploitation.. (1998) carried out a LCA of the Finnish forest industry whereas Berg and Lindholm (2005) investigated energy use and environmental impacts of forest operations in Sweden.May et al. (2012) evaluated wood production from Australian softwood plantations compared to native hardwood forests, paying particular attention to embodied energy and water use. Franzese et al. (2009) compared the use of Gross Energy Requirement and Emergy Accounting to explore the sustainable production of short rotation willow production in Sweden.
LCA has also been used to study the environmental sustainability of wood production and bio energy chains in Italy. Valente et al. (2011) performed a LCA for evaluating the impacts of a wood biomass supply chain for heating plants in the Italian Alpine region. Cambria and Pierangeli(2012) evaluated the environmental impact of high quality timber production in southern Italy. Fantozzi and Buratti (2010) employed the LCA methodology to evaluate the efficiency and sustainability of wood pellet production in Italy by considering the whole process, from field growth to ash disposal. Similarly, Caserini et al. (2
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森林经营活动的环境成本与影响评价：一种环境会计的多方法
Elvira Buonocore , Tiina Hauml;yhauml; , Alessandro Paletto , Pier Paolo Franzese[1]
摘要
对温室气体排放的关注和化石资源可能的未来，会导致越来越多的木材生物质作为一种可再生材料和能源的需求。在此背景下，林业活动正在增加，以满足更大的木材生物质供应的需求。因此，也有越来越多需要评估的环境成本和林业经营的影响，考虑到直接和间接投入支持木材生产系统、主要输出产品、有限产品和副产品。这项研究中，在Fiemme和法萨山谷、特伦托自治省（意大利）利用多方法评估能源和能源需求以及相关的排放，来探索环境绩效和木材产量的可持续性。能源的投资回报率（EROI）计算木材和木屑的产量分别为51.9和28.1。这些输出/输入能量比显示，产品的能量含量比获得直接和间接投资两个生产过程的化石能源要高。木材和木屑的非生物材料值分别为3.58和2.95，进行提取和加工的地方比本地生产所需物质要多两倍。木材和木屑的可再生能值为81%和75%，能值产出率（EYR）为4.57和3.86，分别证明利用可再生资源和本地资源，大大支持了林业系统，当考虑整个Fiemme和法萨山谷时，释放的二氧化碳为855和133吨。这些数字显示，与两河谷为温室气体减排的潜力相比，林业部门能够进行的二氧化碳排放量的承载能力有限。最后，场景分析强调了最大的生产水平与维持能力的开发兼容。总之，环境会计的许多种核算方法给全面的评估林业业务提供了一个工具，使当地管理者和决策者实施一种环境无害的林业活动管理成为可能。
1简介
自从成立三十年以来，环境成本会计已经发展到一定阶段，环境会计成本体系已经从以环境成本评估为基础的会计制度核心中分离出来（参考Fichter et al., 1997, Letmathe 和 Wagner , 2002）。
对温室气体排放、能源价格上涨和自然资源短缺的担忧，导致了人们对作为可再生材料和能源的木材生物质的兴趣越来越大。欧洲联盟的一个目标是减少温室气体排放和化石燃料的使用，到2020年增加20%的可再生能源的市场份额。
欧洲的森林正以每年三分之二的速度增长，其木材生物量的年增长率正在逐渐下降。欧洲仍然是世界上主要的木材生产国之一，因此，木材利用的增量很可能需要在未来净年增长量和年采伐量之间平衡，这也是对森林生态系统的可持续利用的评估标准。
许多有关林业经营的研究都集中在温室气体排放二氧化碳和其他气体的后果。由于二氧化碳和其他温室气体的间接排放，生物质生产和使用的碳中性问题受到了质疑。此外，直接输入（即直接使用和本地管理的输入）和间接输入（由上游工序使用的能源和材料流动）需要支持木材生产系统。出于这个原因，在生产过程中要考虑到直接和间接的能源，以支持木材生产系统。因此，重要的是要考虑到直接和间接的能源和材料的需求以及林业活动和管理的产出排放量。
在以往的研究中，生命周期评价（LCA）已经被用来评估森林生态系统开发的环境影响。布拉特等人（1998）开展LCA的芬兰森林工业研究，而伯格和Lindholm（2005）研究了能量的使用和在瑞典森林作业对环境的影响。May等（2012）评价木材生产从澳大利亚的针叶林相比于原生阔叶林，特别注意体现能源和水的使用。弗兰泽兹等人（2009）比较总的能源需求和能源使用会计，去探讨瑞典的可持续生产。
LCA也被用于研究意大利木材生产和生物能源链的环境可持续性。瓦伦特等（2011）在意大利阿尔卑斯地区供热厂对木材生物质的影响进行评价。坎布里亚和pierangeli（2012）在意大利南部，评估高质量木材生产对环境的影响。凡托齐和Buratti（2010）采用LCA评价方法，在意大利，对整个过程的效率和木质颗粒生产的可持续性做出研究。同样，凯撒等（2010）在意大利北部，比较了小型家用电器和集中热电厂对木材生物量所产生的环境影响，主要集中于净储蓄利用木质生物量代替化石燃料时的温室气体排放量。
其他的作者一样，林德纳等人（2012）通过实施多标准的评估，用环境、经济来多维度评估林业木材链的可持续性。
基于只有一个标准，无视林业业务的整个生命周期可能导致部分错误的结果。因此，生命周期评估的观点和多标准评估框架，应广泛应用于人类和环境的相互作用，通过一个大的指标，以达到更全面的了解。
在这项研究中，扩展的生命周期的角度就是一个能够使直接和间接输入一致的评估框架，不同的环境会计核算方法的整合应用受到物质和能量，以及林业经营排放的影响。实施多方法在Fiemme和法萨山谷去调查环境性能和可持续性林业活动的可能性，以环境成本和两林业综合操作来影响木材和木屑的生产。
2材料与方法
2.1研究区
特伦托省位于意大利东北部的高山地区。它占地约620700公顷，其中超过一半的土地面积（345180公顷）覆盖着森林。因此，在这一地区，森林系统生态服务在提供木材、食物（浆果、蘑菇、和游戏）、饲料、能源和木材生物质等方面发挥重要作用。此外，森林生态系统提供的其他重要生态服务功能的是：支持（初级生产力、土壤形成、养分循环、调节气候、水质净化、水环境保护），文化（教育、娱乐）等服务功能。
在特伦托省，所有林业活动发生的根据，是有关保证当地森林生态系统的可持续管理的森林管理计划和关键性规划文件。森林管理计划允许维持和促进多个长期可持续发展目标的实施。特别是，森林管理计划被林业专家和负责地方行政办公室用于规范森林资源使用已超过10年。森林管理计划显示出，对于需要改善森林结构与生长的一切行动，建议用选择性采伐的做法给剩余的森林自然再生的时间。木材生物量增量和采伐量的平衡，保证了木材生产的可持续性。在研究区，木材生产的速度是相对恒定的。法萨山谷年平均增量为4.5立方米/公顷，而平均的年采伐量为2.8立方米/公顷。木材和木屑在法萨山谷产生的平均金额分别约为106000和9000立方米/年（Pat，2010）。在特伦托省，在森林管理实践中不使用除草剂和化肥。
2.2多方法评估框架
在这项研究中，在Fiemme和法萨生产的木材和木屑，通过采用多个评价框架，结合环境会计方法研究，提供一套全面深入的多尺度、多维度指标。环境资源总量的指标支撑研究系统，也包括隐藏在较大的空间和时间尺度中的环境资源总量。在指标建立的基础上，提供有关产品的环境性能的评估。
LCA的研究往往更侧重于发生在人类的控制之内的物质和能量的流动，而对于市场动态和流动等不重要事项的相关流程和能源载体（如劳动）一般不予理会。为了更好地探索产品性能和生产过程的可持续性，这样的流动应当进行评估。
在这项研究中，从扩大LCA的角度看，能值综合方法应用的会计学原理是通过可再生输入、不同形式的能源、材料、人力和经济来服务一个共同的基础（太阳能），提供更大的潜力，探索环境和经济的可持续发展。
对所有输入和输出的林业系统库存进行核算，并将其用于核算一组大的性能和可持续性指标等数据。这样一种常见的库存保证最大输入数据的一致性和固有的假设。从库存输入阶段开始，原金额乘以适当的转换系数，具体每个转换系数考虑直接和间接消耗的材料、能源和支持林业部门的环境资源。类似地，输入量乘以排放系数，需要考虑到空气、液体和固体的排放总量。
计算程序的总结如下：
C =sum; fi·ci i = 1,. . ., n (1)
其中C代表累积材料、能源和环境需求的调查过程，与最终生成的产品相关；fi，表现为物质或能量的流入量与原量技术含量；ci，表现为材料或能源或环境需求与输入流。
Cp = C/fp (2)
Cp，代表凡生产的产品的原料或能源或环境成本、碳、累积的材料，C，为与相关的调查过程相关的能源或环境的需求和最终生成的产物；fp，总原始的产生量，即物质产品数量或能量含量。
在这项研究中，林业部门的投入支撑木材生产以及木材芯片生产的附加步骤的经费，因此，分配适当的环境成本。基于质量的分配，有的被选为木材残留物，有的被转换成木芯片，在一般情况下，一种商业有用的产品具有特定的实用程序（电力本地火电厂）和市场价格，也有可能具有其他分配程序，例如基于经济的分配和“避免分配”（即，分配的所有投入到唯一有用的产品）。在这项研究中，根据不同的分配程序计算出的指标，也在不断的变化。
环境会计方法的综合评估框架中可以分为两大类：（1）上游的方法（物质流核算，总的能源需求，能源会计）集中于所使用的每单位所产生的产品；（2）下游的方法（排放量和影响类别）集中于环境资源的累积量，对更关心的问题系统排放序列。
3结果
根据一个标准化的能源系统语言模型，在研究区林业业务时，确定系统的边界和主要驱动力，绘出输出的系统图氏，来表示系统组件之间的相互作用和可再生的流动（太阳辐射，风，雨，地热流），可以明显看出，直接支持森林生态系统也有利于为人类活动提供间接的支持。除了可再生的流动，人力驱动的流动（化石燃料，机械，劳动力）对人类经济和林业经营也有显著地影响。在整个生态系统中，输入流和输出流补充了环境会计研究中定性模型的质量和能量流动的守恒。
4讨论
不同的多种方法下，环境会计产生的性能和可持续性指标，被用来探索在不同的角度研究生产过程：（一）直接和间接的化石燃料消耗，（二）非生物材料的需求，（碳）水的消耗，（三）产生的排放量和相关的影响类别，和（电子）全球环境支持。在研究区的林业活动主要环境成本是由于化石燃料的直接和间接消耗。
从能源效率的角度来看，所产生的产品的能量含量高的化石能源，用于支持林业经营。EROI值高的木材（51.9）和木屑（28.1）可以解释的事实是：高能量的回报是利用自然在低商业能源投资。在农业系统中，可再生资源的份额低得多，是由于大量使用化石资源的直接消费（燃料）和间接消费（化学品和机械）。例如，弗兰泽兹等人（2009）计算在意大利玉米生产3.82的EROI，典型的高化学性能源投入作物生产，导致可再生资源减少。
森林经营的长期可持续性的另一个重要点是，木材的砍伐率不应超过木材生物量的自然再生率。在调查的林业系统中，采伐率约占全年总增量的60%，这意味着自然资本的存量没有随着时间的推移而枯竭。
木材和木芯片生产面积较大的情况下，显示出较高的环境成本，由于较大的生产水平，广泛的指标计算使整个Fiemme和法萨山谷比木材木片生产，显示更大的数字。这是因为大量的工业指标依赖于生产量，而生产量的提升必然导致环境成本的攀升。
在该情况下的最大产量水平，木材木片生产和木屑燃烧释放的二氧化碳总排放量约15000吨二氧化碳/年。这个数值，与两流域227000吨二氧化碳/年固碳的温室气体减排潜力相比，证明了投资林业环境成本系统对限制当地二氧化碳的排放量有重要作用。
最大的木材和木屑生产水平的情况下，可能会带来更大的经济收入，但应考虑，消除100%的年度增量，森林生态系统中的木质生物量（如木材和林业废弃物）可能会影响其他生态系统服务，例如在营养循环方面，事实上，自针，曲折，枝是养分含量丰富，除木材可以在长期造成营养损失和后代停止增长的状况下，以很高的速率供应能源，同时如果可能的话，可以通过补偿的形式返回人造森林，作为肥料回补树木。
可持续森林管理应该包括运用工业生态学的理论框架提供的视角（Korhonen等人，2001），在一个生产模式下基于最大化废物质和能量，对森林进行管理，如生态系统的交流。环境会计是一种有效的工具，以追求工业生态学的愿景和目标，因为它在林业和其他人类管理生产系统中可交换提供一个定量评估物质和能量流动的方式。
5结论
一个准确的森林管理计划，旨在最大限度地提高环境绩效，同时最大限度地减少森林活动的环境影响，应考虑几个不同的方面，主要包括：化石燃料和物质流的消耗、可再生资源的供应、在当地和全球范围内产生的影响和生态约束。这项研究表明环境会计可以有效地应用于林业或人类活动的其他行业，提供活动和管理的综合评估。这种方法可以支持本地管理者和决策者致力于实施林业活动等的环境无害化管理。相关指标证明，林业生产代表了污染行业问题，由于解决这个问题是高度支持本地投资和可再生资源的利用，从而提供了一个可行的替代化石能源使用的方法。此外，在二氧化碳排放方面，研究过程表明，整个行业的排放量应在当地承载能力的限制范围内执行。
此外，提供的指标给了一个基准，随着时间的推移，未来调查与林业系统比较类似的系统，研究可以将用多方法的环境成本评估框架与其他能够捕捉到森林利用与管理相关的经济和社会方面的方法结合起来，在环境、经济、社会多维度，充分发掘森林管理制约潜力。
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Elvira Buonocore,Tiina Hauml;yhauml;,Alessandro Paletto,Pier Paolo Franzese.Assessing environmental costs and impacts of forestry activities: A multi-method approach to environmental accounting[J].Ecological Modelling.,2014（10）:10-20. uarr;
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