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纺织行业发展的“高能耗、高水耗、高排放、重污染”问题突出。为此，纺织领域学者将碳足迹和水足迹理论体系与生命周期评价方法相结合，量化评估纺织行业所产生的温室气体排放及与水资源相关的潜在环境影响，以期寻找相应的应对措施。目前碳足迹和水足迹研究在纺织服装领域的应用聚焦于工业生产阶段。棉花作为棉纺织行业的主要原料，种植过程中大量的水资源、农药化肥及其他农资投入的消耗及温室气体排放，增加了棉纺织产业发展的资源环境压力。现阶段国内外学者对于棉花种植过程的环境影响研究存在评价标准不统一、核算清单不完善、核算结果差异较大的问题，纺织服装产品原材料阶段碳足迹和水足迹核算是完善纺织产品全生命周期评价研究中必不可少的一步，相关研究成果将有助于我国纺织产业节能减排从原材料阶段源头上做好把控。
本文通过梳理碳足迹与水足迹的理论及评价标准后，将棉花种植及加工过程定义为棉纺织产品原材料阶段，以1千克原棉为功能单位，基于ISO14046标准框架建立棉纺织产品原材料阶段水足迹核算模型；基于PAS2395技术规范框架建立棉纺织产品原材料阶段碳足迹核算模型。以中国三大棉产区的三个典型棉产地的长绒棉、细绒棉作为案例进行核算分析示范。本文的主要结论如下：
（1）分析了我国西北内陆棉区、黄河流域棉区及长江流域棉区三大棉产区棉花种植加工现状，梳理归纳了原棉碳足迹、水足迹的影响因素，具体可划分为棉花品种类型、自然环境及种植加工实践等3类因素。
（2）构建了棉纺织产品原材料阶段碳足迹核算模型。基于PAS2395的技术规范，确定核算温室气体种类（二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O））及碳足迹单位（二氧化碳当量（kg CO2e））。碳足迹清单包括：农资投入在上游生产加工中的排放、棉花种植过程中灌溉、采收、加工等过程中的能源消耗引起的排放及农田N2O直接排放和间接排放。提出了基于不同排放途径的农田土壤N2O碳排放因子计算方法，计算得到西北内陆棉产区和黄河流域棉产区的农田N2O排放因子为0.00958kg N2O/kg N，长江流域棉产区为0.0239kg N2O/kg N。考虑棉花种植中生物碳存储的影响，利用棉花全生育期内生物学产量、棉花碳吸收率和皮棉经济系数计算得到棉花生物碳存储排放因子为16.5kgCO2e/kg。
（3）构建了棉纺织产品原材料阶段水足迹核算模型。基于ISO14046的标准对原棉水稀缺和水劣化影响进行量化。水足迹清单分析得到该阶段新鲜水消耗主要为棉花生长用水，废水主要来自农业阶段的化肥、农药施用后浸出导致的污水。提出了基于CROPWAT8.0软件和灌溉水利用效率的棉花生长用水核算方法及基于不同受纳水体的水劣化计算方法。引入能源水足迹和化肥水足迹，计算了煤炭、电力、原油及各类成品油、氮肥、磷肥及复合肥所含有的单位产品水足迹值。
（4）核算了我国三大棉产区典型棉产地的长绒棉和细绒棉的碳足迹和水足迹，分析并提出了相应的节水减碳建议。原棉碳足迹核算结果为负值，各产地原棉碳足迹结构各不相同。长江流域棉产区代表性棉产地湖北潜江的原棉碳足迹大于黄河流域棉产区代表性棉产地山东菏泽大于西北内陆棉产区代表性棉产地新疆阿克苏，各产区的原棉碳足迹主要来源对应分别是农田N2O排放、农资投入、农膜投入。新疆长绒棉碳足迹大于新疆细绒棉碳足迹。原棉直接、间接水稀缺足迹，西北内陆棉产区大于黄河流域棉产区大于长江流域棉产区。化肥对间接水足迹贡献高达97%以上。直接水富营养化足迹上，长江流域棉产区大于黄河流域棉产区大于西北内陆棉产区。水富营养化足迹与棉花施肥量成正相关。间接水生态毒性足迹主要为施加的化肥所隐含的水生态毒性足迹，西北内陆棉产区大于黄河流域棉产区大于长江流域棉产区。长绒棉各类水足迹均比细绒棉大。西北内陆棉产区通过提高灌溉用水效率，控制农膜使用，长江流域棉产区通过合理控制氮磷肥使用及减少农田肥料流失，黄河流域棉产区通过肥料高效利用可有效地减少原棉碳足迹和水足迹。
本文的研究创新点主要有：
（1）原棉生命周期清单分析，界定棉纺织产品原材料阶段为从棉花播种、生长、收获、加工为止，系统梳理了原棉生产相关的影响因子，进一步推进了碳足迹和水足迹评价研究在纺织领域的全生命周期覆盖。
（2）原棉碳足迹和水足迹核算中关键问题的解决：用水量核算方法解决了以往研究中未考虑不同产地灌溉用水差异和灌溉水在输配水过程中的损失所带来的核算误差；水劣化核算方法更全面地反映不同水体的实际污染情况；系统地核算了原材料阶段的能源、化肥的水足迹，解决了棉花农业种植阶段用水量计算困难，能源物料复杂，评价难度大的问题；计算了三大棉产区的农田土壤N2O排放因子及棉花生物碳存储因子。
（3）原棉碳足迹和水足迹核算模型的建立：在PAS2395及ISO14046标准基础上科学系统地建立碳足迹和水足迹核算模型，以精简化指标与精炼化的结果直观地体现该阶段的资源环境影响。
（4）碳足迹和水足迹核算结果分析：对不同产品（长绒棉、细绒棉）以及不同棉产地（新疆、山东、湖北）进行碳足迹、水足迹核算示范及分析，为我国棉花种植生产的环境压力影响评估提供了更准确的视角。
本文通过梳理碳足迹与水足迹的理论及评价标准后，将棉花种植及加工过程定义为棉纺织产品原材料阶段，以1千克原棉为功能单位，基于ISO14046标准框架建立棉纺织产品原材料阶段水足迹核算模型；基于PAS2395技术规范框架建立棉纺织产品原材料阶段碳足迹核算模型。以中国三大棉产区的三个典型棉产地的长绒棉、细绒棉作为案例进行核算分析示范。本文的主要结论如下：
（1）分析了我国西北内陆棉区、黄河流域棉区及长江流域棉区三大棉产区棉花种植加工现状，梳理归纳了原棉碳足迹、水足迹的影响因素，具体可划分为棉花品种类型、自然环境及种植加工实践等3类因素。
（2）构建了棉纺织产品原材料阶段碳足迹核算模型。基于PAS2395的技术规范，确定核算温室气体种类（二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O））及碳足迹单位（二氧化碳当量（kg CO2e））。碳足迹清单包括：农资投入在上游生产加工中的排放、棉花种植过程中灌溉、采收、加工等过程中的能源消耗引起的排放及农田N2O直接排放和间接排放。提出了基于不同排放途径的农田土壤N2O碳排放因子计算方法，计算得到西北内陆棉产区和黄河流域棉产区的农田N2O排放因子为0.00958kg N2O/kg N，长江流域棉产区为0.0239kg N2O/kg N。考虑棉花种植中生物碳存储的影响，利用棉花全生育期内生物学产量、棉花碳吸收率和皮棉经济系数计算得到棉花生物碳存储排放因子为16.5kgCO2e/kg。
（3）构建了棉纺织产品原材料阶段水足迹核算模型。基于ISO14046的标准对原棉水稀缺和水劣化影响进行量化。水足迹清单分析得到该阶段新鲜水消耗主要为棉花生长用水，废水主要来自农业阶段的化肥、农药施用后浸出导致的污水。提出了基于CROPWAT8.0软件和灌溉水利用效率的棉花生长用水核算方法及基于不同受纳水体的水劣化计算方法。引入能源水足迹和化肥水足迹，计算了煤炭、电力、原油及各类成品油、氮肥、磷肥及复合肥所含有的单位产品水足迹值。
（4）核算了我国三大棉产区典型棉产地的长绒棉和细绒棉的碳足迹和水足迹，分析并提出了相应的节水减碳建议。原棉碳足迹核算结果为负值，各产地原棉碳足迹结构各不相同。长江流域棉产区代表性棉产地湖北潜江的原棉碳足迹大于黄河流域棉产区代表性棉产地山东菏泽大于西北内陆棉产区代表性棉产地新疆阿克苏，各产区的原棉碳足迹主要来源对应分别是农田N2O排放、农资投入、农膜投入。新疆长绒棉碳足迹大于新疆细绒棉碳足迹。原棉直接、间接水稀缺足迹，西北内陆棉产区大于黄河流域棉产区大于长江流域棉产区。化肥对间接水足迹贡献高达97%以上。直接水富营养化足迹上，长江流域棉产区大于黄河流域棉产区大于西北内陆棉产区。水富营养化足迹与棉花施肥量成正相关。间接水生态毒性足迹主要为施加的化肥所隐含的水生态毒性足迹，西北内陆棉产区大于黄河流域棉产区大于长江流域棉产区。长绒棉各类水足迹均比细绒棉大。西北内陆棉产区通过提高灌溉用水效率，控制农膜使用，长江流域棉产区通过合理控制氮磷肥使用及减少农田肥料流失，黄河流域棉产区通过肥料高效利用可有效地减少原棉碳足迹和水足迹。
本文的研究创新点主要有：
（1）原棉生命周期清单分析，界定棉纺织产品原材料阶段为从棉花播种、生长、收获、加工为止，系统梳理了原棉生产相关的影响因子，进一步推进了碳足迹和水足迹评价研究在纺织领域的全生命周期覆盖。
（2）原棉碳足迹和水足迹核算中关键问题的解决：用水量核算方法解决了以往研究中未考虑不同产地灌溉用水差异和灌溉水在输配水过程中的损失所带来的核算误差；水劣化核算方法更全面地反映不同水体的实际污染情况；系统地核算了原材料阶段的能源、化肥的水足迹，解决了棉花农业种植阶段用水量计算困难，能源物料复杂，评价难度大的问题；计算了三大棉产区的农田土壤N2O排放因子及棉花生物碳存储因子。
（3）原棉碳足迹和水足迹核算模型的建立：在PAS2395及ISO14046标准基础上科学系统地建立碳足迹和水足迹核算模型，以精简化指标与精炼化的结果直观地体现该阶段的资源环境影响。
（4）碳足迹和水足迹核算结果分析：对不同产品（长绒棉、细绒棉）以及不同棉产地（新疆、山东、湖北）进行碳足迹、水足迹核算示范及分析，为我国棉花种植生产的环境压力影响评估提供了更准确的视角。