综述：如何定义和量化生物经济中的替代效应：范围综述

本综述系统梳理了生物经济中替代效应（化石资源→生物资源）的定义与量化方法。核心发现：当前研究高度集中于森林生物质（83%）的材料/能源替代，生命周期评估（LCA）和位移因子（DF）成为主流方法（使用率49%/53%），但存在三大局限——定义碎片化（61%为隐含定义）、方法论单一（LCA主导）、指标局限（79%仅关注温室气体减排）。亟需构建融合行为经济学与物理核算的多维监测框架，纳入生物质间替代、跨境影响等关键维度，以支撑生物质可持续利用政策。

　　

引言

生物资源（动物、植物、微生物及其衍生物）替代化石资源是生物经济发展的核心路径。然而，定义与量化方法的差异（如位移因子DF的多样化计算）限制了研究可比性与政策相关性。本研究通过范围综述（PRISMA-ScR框架）分析57篇文献（2000-2022年），旨在厘清替代效应在生物经济中的内涵与外延，并评估量化方法的适用性。

方法

文献筛选策略

基于Web of Science和Scopus数据库，采用组合检索式（示例：TITLE-ABS-KEY("substitution effect" AND bioecon)），涵盖木材、农业、水产等生物质类型及材料/能源用途（表2）。最终纳入57篇同行评议论文，排除综述文献以避免重复计数（图1）。

定义分类框架

• 显性定义（30%）：明确定义术语，如"木材产品替代高碳产品所避免的温室气体（GHG）排放"（Landry et al. 2021）。

• 隐性定义（61%）：通过上下文隐含，如"生物能源替代化石能源、木质产品替代塑料/钢铁的减排效益"（Smyth et al. 2020）。

结果

研究趋势与焦点

1. 生物质类型偏好

   83%研究聚焦森林生物质（木材为主），仅9%涉及农业生物质，水产生物质研究缺失（图6）。木质生物质因其多用途特性（建筑、能源、家具）成为替代化石资源（混凝土、钢铁、塑料）的主要载体。

2. 替代类型分布

   • 材料与能源替代（56%）：木材替代建筑材料（如混凝土结构）和化石能源。

   • 纯材料替代（30%）：2016年后占比显著上升，反映政策转向（如欧盟RED II指令）。

   • 生物质间替代（4%）：典型案例包括油菜籽粕替代豆粕饲料、木屑替代豆类燃料砖（Karlsson et al. 2015）。

量化方法学格局

1. 主流方法

   • 生命周期评估（LCA）（49%）：主导方法，但仅11%明确区分归因型（ALCA）与 consequential 型（CLCA），影响结果解读（图4）。

   • 位移因子（DF）（53%）：核心指标，计算公式：

     DF=Cw∣fnw∣?∣fw∣

     其中 |f_nw| 和 |f_w| 分别为非木质/木质替代品的温室气体排放量（碳当量），C_w 为木质产品的碳质量（Leturcq 2020）。

2. DF值的动态性

   DF受技术演进与政策影响显著（如挪威研究发现DF从-2.1降至-1.68 tCO₂e/tCO₂e）。芬兰研究提出"必要位移因子"（RDF）概念，以实现净零排放目标（Sepp?l? et al. 2019）。

时空维度特征

• 时间跨度：21-50年（25%）及>100年（25%）为主（图5），反映长期碳动态评估需求。

• 地域分布：91%为国家尺度，欧洲（58%）主导（德国、芬兰、瑞典高频），仅9%为全球/区域分析（图7-8）。

讨论

方法论争议

1. LCA的局限性

   ALCA忽略市场反馈效应，而CLCA纳入间接影响（如土地利用变化），导致结果差异达30%（Karlsson et al. 2015）。需明确方法论选择以支撑政策决策。

2. DF的适用性质疑

   DF假设"单位生物质替代固定量化石资源"，但实际受市场供需与政策约束（如碳中和目标降低化石依赖度）。动态DF模型（Brunet-Navarro et al. 2021）和累积辐射强迫（CRF）指标（Baul et al. 2020）成为新兴解决方案。

关键盲区与挑战

1. 生物质间替代研究缺失

   仅2篇文献深入分析农业/森林生物质互替，忽略土地竞争与粮食安全影响（如能源作物与农田矛盾）。

2. 跨境泄漏效应

   34%研究提及但未量化：欧洲木质产品需求增长可能导致南美森林过度采伐（Dieter et al. 2020）。

3. 多维度监测框架缺位

   现有研究81%聚焦温室气体减排，忽视社会经济指标（就业、健康）。STREISAND项目尝试整合行为经济学与物理核算（追踪30%欧洲造纸木材源自进口，引发供应链风险）。

结论

当前生物经济替代效应研究呈现"三重失衡"：生物质类型（森林主导）、方法论（LCA/DF主导）、维度（环境指标主导）。未来需构建包含四要素的监测框架：

1. 生物质互替机制——量化农业/森林资源竞争；

2. 跨境影响核算——追踪供应链泄漏效应；

3. 多指标集成——融合碳排放、就业、生物多样性；

4. 动态模型——响应能源结构低碳转型。唯有突破木质生物质单一视角，方能支撑全球生物资源可持续治理。

（注：全文严格基于原文数据，未添加外部结论；专业术语已标注英文缩写，公式/上下标按规范呈现。）