《Cleaner Environmental Systems》：How to choose the functional unit for agricultural LCA? A stakeholder-centered conceptual framework
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本研究针对农业生命周期评估(LCA)中功能单位(FU)选择混乱、结果可比性差的难题，提出了一个以利益相关者为中心的概念框架。通过系统回顾现有研究，作者构建了基于消费者、生产者和社会三方视角的功能分类法，并创新性地提出了完整性、比例性、特异性、稳定性和可及性五项评估准则。该框架为农业LCA研究提供了透明、稳健的方法论指导，显著提升了评估结果在可持续农业决策支持中的相关性和实用性。
在追求农业可持续发展的全球背景下，生命周期评估(Life Cycle Assessment, LCA)作为一种标准化的环境管理工具，被欧盟委员会等机构推荐用于量化农业系统的环境影响。然而，当研究人员试图运用LCA比较不同农业模式（如有机农业与常规农业）的优劣时，常常陷入一个尴尬的境地：基于单位面积（如每公顷）评估，有机系统往往表现出更低的环境影响；但若基于单位产品（如每公斤小麦）评估，结果可能恰恰相反。这种“公说公有理，婆说婆有理”的困境，根源在于LCA核心概念——功能单位(Functional Unit, FU)的选择。功能单位定义了系统所要实现的功能及其量化基准，是所有环境影响指标的归一化参照。在单一功能的工业系统中，功能单位的界定相对清晰，但在 inherently multifunctional（天生多功能）的农业系统中，一块农田同时承担着生产食物、产生收入、维持景观、保护生态等多重功能，究竟应该以哪种功能作为评估基准，成为了一个价值负载的难题，严重影响了LCA结果的可靠性、可比性及其在决策支持中的实际效用。
为了破解这一方法论瓶颈，发表在《Cleaner Environmental Systems》上的研究论文《How to choose the functional unit for agricultural LCA? A stakeholder-centered conceptual framework》进行了深入探索。该研究旨在为解决农业LCA中功能单位选择的模糊性和随意性问题提供一个系统、透明的指导框架。研究人员首先通过一项针对性的文献回顾，实证分析了当前复杂农业系统LCA研究中功能单位应用的多样性与混乱现状。在此基础上，他们创新性地构建了一个基于核心利益相关者视角的功能分类法，将农业系统功能归纳为三类：面向消费者的产品功能(Product Function)、面向生产者的收入功能(Income Function)以及面向社会的土地管理功能(Land Management Function)。进而，论文提出了五项评估准则——完整性(Completeness)、比例性(Proportionality)、特异性(Specificity)、稳定性(Stability)和可及性(Accessibility)，用以指导研究者和实践者根据具体的决策情境，权衡选择并合理论证最适宜的功能单位。该框架将选择焦点从寻找唯一“正确”的功能单位，转向寻求与决策背景最“相称”的功能单位，从而显著增强了农业LCA的相关性和实用性。
为开展本研究，作者主要运用了几项关键方法。首先，他们遵循PRISMA框架进行了针对性的文献分析，检索了Web of Science数据库中涉及作物轮作、间作、混作、农林复合经营及农业光伏等复杂农业系统的LCA研究，最终对34项符合条件的研究进行了深入分析，定量和定性梳理了其功能单位的使用模式。其次，通过综合文献回顾中的实证证据和LCA实践中的理论考量，采用归纳与演绎相结合的方式，构建了基于利益相关者视角的功能分类学(Taxonomy)。最后，基于对现有研究挑战的分析，提炼并系统阐述了用于评估功能单位适用性的五项核心准则。
2. 实践现状：功能单位应用的针对性回顾
通过对34项近期LCA研究的分析发现，当前功能单位的使用呈现出显著的多样性。绝大多数研究（27项）至少使用了一个与产品相关的功能单位，如产品质量、能量含量或货币价值。其中，23项研究使用完整的产品质量，2项使用特定成分（如氮）的质量，5项使用热值。有15项研究包含了面积单位，其中10项是与其他功能单位结合使用。货币功能单位（收入或利润）在4项研究中出现。值得注意的是，13项研究使用了不止一个功能单位，这反映了研究者对单一功能单位局限性的认识以及应对系统多功能性的尝试。该回顾清晰地表明，在复杂农业系统的LCA中，功能单位的选择缺乏统一标准，方法各异，凸显了对结构化选择方法的迫切需求。
2.3. 产品功能
产品功能的表达最为常见的是产品质量。但在比较生产略有不同产品的系统时，质量往往不是最准确的表征。因此，多项研究采用了产品的其他物理属性。例如，Bernas等人(2021)使用产品中的总氮含量作为功能单位；Chen等人(2021)计算了基于特定营养素质量及其推荐膳食参考摄入量的营养产量指标；能源作物则通常按最终产品（如生物柴油、甲烷）的热值进行比较。当产品质量是关键标准时，经济价值被用作统一产品的指标，以捕捉其差异，例如Cerutti等人(2013)在比较不同苹果品种时，除了质量单位外，还补充了经济价值单位，认为其“将产品数量和质量整合在一个度量中”。Hokazono和Hayashi(2015)发现，在有机水稻轮作系统中，使用货币功能单位而非基于质量的单位会导致决策建议的改变，这很可能源于有机与常规种植的价格差异。这些案例说明，针对产品功能，功能单位的选择需要超越简单的质量，考虑能量、营养或经济价值等更能反映产品“功能”本质的指标。
2.4. 其他功能
在10项研究中，除了生产功能外，还通过基于面积的功能单位包含了土地管理功能。例如，Ding等人(2023)在其LCA部分使用面积·时间作为功能单位，但将其嵌入到一个多目标优化框架中，将环境影响指标与产品目标分开作为优化目标。这种方法承认了研究区域的土地约束，同时避免了在功能单位内部进行复杂的加权。这表明，在处理多重功能时，除了在功能单位内部整合（如分配、复合单位），还可以在LCA模型之外通过多目标决策分析来呈现不同视角的结果。
3. 基于利益相关者的功能分类法
基于文献回顾的发现，本研究提出了一个功能分类法，将农业系统功能根据其代表的 primary stakeholder（主要利益相关者）视角分为三类：
- 1.
产品功能 (Product Function)：代表消费者视角，核心是生产食物、饲料、纤维或燃料等商品。最常见的功能单位是最终产品的质量或体积。为体现质量差异，可采用能量含量、特定营养素质量、复合营养指标或经济价值（如1欧元收入）作为功能单位。
- 2.
收入功能 (Income Function)：代表生产者视角，核心是农业经营的经济盈利能力。相关功能单位基于净经济回报，如毛利润或边际收益，这比仅反映产品价值的总收入更能体现生产者视角。
- 3.
土地管理功能 (Land Management Function)：代表社会视角，核心是农业在提供生态系统服务、维护文化景观等方面的社会价值。通常用量化面积为时间的功能单位（如“每公顷每年”）来评估。
该分类法清晰地表明，功能单位的选择实质上反映了对不同利益相关者群体关切点的权衡。
3.1. 土地节约与土地共享 (Land Sparing/Land Sharing)
功能单位的选择直接关联到农业政策中长期的“土地节约”与“土地共享”之争。产品功能单位和收入功能单位的选择倾向于“土地节约”模式，即通过在小面积土地上集约化生产以“节约”出土地用于自然保护，这会使集约化系统在单位产品环境影响上表现更优。而土地管理功能单位（面积单位）的选择则倾向于“土地共享”模式，即倡导在同一农业景观中整合粮食生产与其他生态系统服务，这会使低环境压力的粗放式系统在单位面积环境影响上表现更优。因此，功能单位的选择并非价值中立，而是隐含了对于农业发展路径的偏好，能够预先影响LCA的研究结论。
4. 功能单位的评估准则
为解决功能单位选择中的挑战，本研究提出了五项评估准则：
- 1.
完整性 (Completeness)：功能单位（或组合）是否涵盖了与研究目标相关的所有关键利益相关者视角。例如，仅用质量单位进行区域政策评估会忽略社会视角。
- 2.
比例性 (Proportionality)：功能单位是否根据各产出的相对重要性（价值）来表征它们。例如，用“总生物量公斤数”评估小麦生产，忽视了谷物与秸秆的价值差异，而营养指标或经济价值则能更好地体现比例性。
- 3.
特异性 (Specificity)：功能单位是否足够具体，以避免引入不相关的比较选项。例如，“1公斤可可”比“1欧元利润”更具特异性，后者可能将农业与任何其他盈利行业比较。
- 4.
稳定性 (Stability)：LCA结果对外部干扰（如天气、市场波动）的敏感度。面积单位通常较稳定，质量单位受年景影响，货币单位对经济环境敏感。
- 5.
可及性 (Accessibility)：LCA结果是否易于向决策者和利益相关者传达和理解。例如，“每公斤苹果”比“每单位综合营养产量”对消费者而言更易理解。
应用这些准则是一个权衡过程。研究者需根据具体的决策背景，透明地论证其优先考虑哪些准则，从而选择最合适的功能单位。
5. 结论
本研究论证了农业LCA中功能单位选择的持久挑战根源于农业系统的内在多功能性和利益相关者视角的多样性。为此，研究提出了一个概念框架，包括一个基于利益相关者的功能分类法和一套五项评估准则（完整性、比例性、特异性、稳定性、可及性），以指导更透明、更贴合背景的选择过程。该框架将讨论从单纯的技术选择提升为一种结构化的、可论证的决策过程，明确考虑了评估目标和决策者的需求。文献回顾证实了该问题的现实相关性，而所提出的框架则填补了现有方法的空白。通过应用这些准则，研究者和实践者能更好地驾驭功能单位选择中固有的权衡关系，从而提升农业LCA作为农民、政策制定者及其他利益相关者可信赖工具的作用，为科学引导农业向可持续转型提供了重要的方法论支持。未来的研究可探索该框架在其他行业（如制造业、能源业）的适用性，以及其在 consequential LCA（ consequential LCA）或 social LCA（社会LCA）中的应用潜力。
