基于國家生態足跡賬戶的海陸養殖產品研究

邵晨, 趙晟, 吳婧慈, 徐晴晴

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基于國家生態足跡賬戶的海陸養殖產品研究

邵晨, 趙晟*, 吳婧慈, 徐晴晴

國家海洋設施養殖工程技術研究中心, 浙江海洋大學, 舟山 316022

海陸養殖產品是人類蛋白質營養攝取的重要來源, 而生態足跡是評價評估人類在獲取蛋白質對地球生態系統和環境的影響的重要方法。本文運用國家生態足跡賬戶分析法核算了我國海水養殖產品和畜牧業產品2009—2014年的生態足跡及2014年的單位蛋白質生態系數。結果表明: 2009—2014年我國海水養殖產品中扇貝的人均生態足跡最高, 從0.0005 hm2增長到0.0007 hm2; 2009—2014年畜牧產品中豬肉的人均生態足跡最高, 從1.2 hm2增長到1.4 hm2; 畜牧產品的人均生態足跡普遍高于海水養殖產品, 畜牧產品人均所需的生物生產性面積是海水養殖產品的2000倍; 由2014年的單位蛋白質生態系數核算得知, 畜牧產品的平均單位蛋白質生態系數為0.1381 hm2·kg–1, 其中羊肉的蛋白質生態系數最高, 達到0.1595 hm2·kg–1, 海水養殖產品的平均單位蛋白質生態系數為0.0020 hm2·kg–1, 其中海水魚的單位蛋白質系數僅為0.0004 hm2·kg–1。因而在獲取同等條件的蛋白質營養供給時, 我們可以優先考慮海水養殖產品, 這樣既能改善國民蛋白質營養供給結構, 又能降低生態環境的生態負荷, 同時也是我們發展海洋經濟、經略海洋的節點。

海水養殖產品; 畜牧產品; 生態足跡; 蛋白質生態系數

0 前言

聯合國可持續發展目標明確指出, 消除饑餓, 實現糧食安全、改善營養和促進可持續農業是我們可持續發展的第二大目標。糧食安全一直是作為世界各國所矚目的焦點之一, 尤其是以農業作為主導產業的廣大發展中國家。根據聯合國糧農組織的資料統計, 全世界營養不良人口的比例從2000年至2002年的15%下降到2014年至2016年11%, 全球仍然有約7.93億人營養不良。中國作為世界上最大的發展中國家, 其龐大的人口基數和不平衡不充分的發展現狀需要我們正視中國當前的發展實際。從人均耕地資源、淡水資源匱乏的實際出發, 我們需要合理利用海洋生物資源, 拓寬海洋水產品的發展層次, 逐步建設藍色糧倉, 確保海洋生態可持續發展[1]。藍色糧倉旨在保障國家糧食安全, 進一步提升農業資源的可持續發展水平, 為食物供給量的開源提供新的渠道。

生態足跡理念是由加拿大哥倫比亞大學的教授里斯(William E.Rees)在20世紀90年代提出[1], 其定義為在現有的技術條件下, 人類生產滿足自身需求資源和吸納衍生廢棄物所占用的生物生產力的土地或水域面積。生態足跡同時評估了人類為滿足自身需求所消耗的自然資源量和自然生態系統所提供的生態承載力, 并據此來衡量研究領域的可持續發展狀況。具體到某一類產品的生態足跡核算, Elena Alexandra Mamouni Limnios利用投入—產出模型計算了三類蘋果生產系統的生態足跡[2]; H.A. Hassard計算了咖啡的碳足跡, 并比較六種替代咖啡產品的碳足跡情況[3]; Charongpun Musikavong根據生命周期評價法核算了泰國橡膠和棕櫚油的生態足跡[4]。在國內, 謝鴻宇等利用單位畜牧產品的耗糧量和草地的平均產肉產奶量, 計算出各類單位畜牧產品的生態足跡[5]; 曹淑艷等綜合了生命周期理念、物質流分析技術與生態足跡模型, 并根據2010年中國平均生產效率核算了近80種農產品離開生產系統時的生態足跡[6]。海洋生態足跡的研究多數集中在沿海省份海洋經濟[7-9]和海洋生態系統[10]方面, 小尺度的海產品領域研究相對較少。考慮到海水養殖產業在藍色糧倉中的支撐作用, 我們希望通過對單位質量蛋白質海水養殖產品的生態足跡核算和單位質量蛋白質傳統畜牧產品的生態足跡核算, 分析這兩大類產品的單位質量蛋白質所占的生態足跡, 借此來衡量海陸養殖產品在單位質量蛋白質上的生態占用量, 希望對產品領域的足跡研究有所助益。

1 材料與方法

1.1 數據來源

主要數據來源于《中國漁業統計年鑒2009—2015》、《中國畜牧業年鑒2009—2015》、《中國統計年鑒2009—2015》等。

1.2 研究方法

我們在方法探究上, 借鑒國家生態足跡賬戶的計算方法, 并用之探索海水養殖產品和畜牧產品的生態足跡估算[11]。在海水養殖產品和畜牧產品的蛋白質生態足跡分析上, 根據食物營養學成分表中蛋白質所占的百分比進行相應的折算[12]。具體到實際的理論依據, 我們是根據國家生態足跡賬戶的定義, 在給定的國家或地區中, 有關產品產量的生態足跡EFP,在一定程度上代表了產品產量的生物生產性土地的初級需求[13]。主要應用的公式如下:

其中, P代表國家或地區的每種初級產品I的收獲量, 也就是產品I的產量; YN,I代表國家或地區內產品I的年平均交易量; YFN,I是國家或地區內產品I的產量因子; YW,I是產品I世界平均交易量; EQFI是產品I不同土地利用方式的均衡因子。本文研究的生態足跡屬于生產型生態足跡, 在獲取的基礎數據主要是產量和養殖面積。在中國的畜牧業生態足跡計算方法中, 謝鴻宇等研究我國畜牧業生態足跡的計算方法, 從牲畜口糧的角度來分析我國畜牧產品的生態足跡[5]。即, 從飼料的消耗來計算相應的生物生產性面積, 或者以牧草地的牲畜承載量來進行轉換。

本文對畜牧產品生態足跡的計算主要是針對豬肉、牛肉和羊肉三類。從中國統計年鑒和畜牧業年鑒對畜牧產品分類出發, 挑選出畜牧產品中對居民膳食營養和民生問題影響重大的初級產品類別。具體到畜牧產品的生態足跡計算, 主要用公式1來進行計算。我們采用聯合國糧農組織公布的生物資源平均產量數據, 得出各類畜牧產品的生態足跡。

另一方面, 在對海水養殖產品的蛋白質生態足跡模型的假設中, 我們是結合改進后國家生態足跡賬戶的計算方法。在具體的海水養殖產品的生態足跡計算中, 我們將原始的公式1進行一些改進。

其中, EFMP就是海水養殖產品的生態足跡; PMP代表海水養殖產品的產量, YMP則代表海水養殖產品的平均產量; YFMP是海水養殖產品的產量因子,EQFMP是漁業養殖用地的均衡因子。我們綜合考慮了中國海水養殖產業所涉及的省份實際情況和中國漁業統計年鑒統計的海水養殖產品統計數據, 根據各個省份涉及海水養殖產品的平均產量和中國海水養殖產品的平均產量來計算中國海水養殖產品的產量因子。

有關海水養殖產品的生態足跡計算也可以借鑒生態足跡系數的計算間接地反映出單位蛋白質所需的生態足跡量。這里的生態足跡系數是基于具體某種產品的平均生產效率, 因為我們在計算某類產品的生態足跡量時需要考慮到該類產品的平均效率以及該類產品在離開其自身生態系統時所產生的消耗[6]。我們在刻畫海水養殖產品的生態足跡量時, 以具體的海水養殖魚類為例, 直接地計算魚類離開其養殖系統時所產生的生態足跡。根據生態足跡的原始定義, 生態足跡是基于生物生產性面積或者海域, 計算某種活動從始至終的資源消耗以及處理其廢棄物的消耗。而具體到某類產品的生態足跡計算就是準確地計算出該類產品在離開其生態系統時所占有的生物生產性面積和處理廢棄物所需的資源消耗。

考慮到各地區的生物生產性面積存在生產力的差異性, 我們在計算某類產品的生態足跡時, 需要將各地區土地的生產力和功能性的多樣性進行均衡因子和產量因子的加權。主要的方法是將生態足跡的基本模型引入均衡因子和產量因子, 并把單位統一量化為“全球公頃”、“國家公頃”、“省公頃”等[14-16]。在本文的研究中, 各類生物生產性土地存在自身的土地生產力差異, 采用均衡因子來對原有不同土地類型進行統一化。擬采用的均衡因子如表1所示。

表1 生態足跡計算中不同土地類型說明

注: 該均衡因子表出自GFN2010數據。(GFN是全球生態足跡網絡的簡稱)

在這里, 我們把海水養殖的產品大致分為四個大類, 魚類、甲殼類、貝類和其他類(主要數據來源于中國漁業統計年鑒和地方漁業統計年鑒)。因此, 在本文的研究中, 我們主要對魚蝦蟹貝和其他類的海產品進行生態足跡量的計算, 然后再根據中國食物營養表的蛋白質營養成分進行百分比的折算。最后, 再通過對單位海產品的蛋白質生態成本計算, 綜合地評價海水養殖的生態成本。我們研究的海產品是屬于動物性初級產品, 應用投入產出法進行分析[17,18], 比較易于進行生態足跡測算, 投入產出法也是生態足跡基本研究方法之一。我們在構建海水養殖產品生態足跡模型時, 需要考慮魚蝦蟹貝在離開其生態系統時所包含的生態足跡。在當今的漁業養殖模式下, 有研究表明: 中國的海魚營養級要高于淡水魚的營養級, 海魚的生態足跡系數大約是淡水魚的4倍[6]。

2 結果與分析

2.1 各項海水養殖產品平均產量情況

我們在查閱了中國漁業統計年鑒和中國統計年鑒的基礎上, 核算了2014年海水養殖產品的平均產量。平均產量這一數據主要是反映了土地的平均產出, 而應用到漁業用地方面, 我們需要充分考慮海水養殖的養殖密度、養殖模式、養殖空間等方面。在本文的研究中, 海水養殖的漁業用地劃定是根據中國漁業統計年鑒海水養殖統計部分的相關指標來確定的。通過分析相關統計數據(表2), 我們大致可以得知: 中國的海水養殖產業主要分布在中國的沿海省份, 其中浙江省、福建省和廣東省在養殖種類上較為全面; 海水魚的平均產量差異較大, 在2014年的統計數據中, 天津市海水魚的平均產量高達192473.68 kg·hm–2,而江蘇省海水魚的平均產量僅為7922.55 kg·hm–2。天津市的海水魚的平均產量在全國范圍為最高, 主要是因為天津在海水魚養殖上采用的是高度密集的養殖模式。而且, 天津市的海水養殖的養殖面積與其他省份相比, 其面積比例較小。在2014年漁業統計年鑒的統計數據中, 天津市的海水魚養殖面積僅為廣東省的1/1549, 福建省的1/748。

2.2 海水養殖產品生態足跡總量及人均生態足跡量分析

我們結合漁業統計年鑒中海水養殖產品部分的相關數據, 計算了2009—2014年海水養殖產品部分的生態足跡總量和人均生態足跡量。其中, 海水養殖產品中的梭子蟹和青蟹的生態足跡總量相對較小, 梭子蟹和青蟹在2009年的生態足跡總量僅為11720.88 hm2和14471.91 hm2。從圖1可以看出, 梭子蟹和青蟹在海水養殖產品中, 計算出的生態足跡總量最小; 而海參和扇貝在2009年的生態足跡總量達到了194718.44 hm2和751729.04 hm2。海水養殖產品的差異化較為明顯, 參照漁業統計年鑒的分類統計, 貝類和其他類的生態足跡總量遠超甲殼類和魚類。從2009—2014年的變化趨勢來看, 傳統的魚蝦蟹貝生態足跡總量和人均生態足跡量都是逐年上升的; 變化幅度較大的是扇貝和海參, 主要是扇貝總體的生態足跡量基數較大; 而海參的上升趨勢最為顯著, 在2009—2014年這6年間, 其生態足跡總量幾乎翻了一番。從生態足跡總量這個層面上, 海參的生態占用是爆發性增長的。

表 2 2014年中國海水養殖產品(甲殼類和魚類)平均產量(kg·hm–2)

注: 中國漁業統計年鑒的海水養殖統計部分, 上海市的統計數據為空白, 故未列出。

表 3 2014年中國海水養殖產品(貝類和其他類)平均產量(kg·hm–2)

注: 中國漁業統計年鑒的海水養殖統計部分, 上海市的統計數據為空白, 故未列出。表3的數據統計中, 天津市貝類和其他類的統計數據為空白。

結合圖2的數據統計, 中國的海水養殖產品就人均生態足跡分量而言, 總體的發展趨勢與生態足跡總量近似。扇貝的人均生態足跡分量在所有的海水養殖產品中是最高, 具體在0.0005 hm2到0.0007 hm2之間波動。魚類和對蝦的人均生態足跡量均在0.0001 hm2以下, 因而在海水養殖過程中, 魚類和對蝦的養殖對其海水養殖生態系統的環境壓力相對較小。至于梭子蟹和青蟹的人均生態足跡量, 在理論數據上很小, 可能是由于其養殖規模和產量的限制原因。

2.3 畜牧業產品生態足跡總量和人均生態足跡量分析

陸地傳統的畜牧業產品以豬肉、牛肉和羊肉為主, 而國民食物營養所需的蛋白質、脂肪以及熱量等正是從這三大肉類攝取。本文就對豬肉、牛肉和羊肉這三大傳統畜牧產品進行了生態足跡測算, 其中, 就生態足跡總量來看, 豬肉的生態足跡總量達到1.6×109hm2以上。而且就2009—2014年這6年間的發展趨勢是逐年上升的。牛肉和羊肉的生態足跡總量分別在8×107hm2和5×107hm2以上, 因而在總量上, 遠不及豬肉。從一個側面可以看出, 我國的生豬養殖規模極為龐大, 豬肉的年產量居于世界前列。在查閱中國統計年鑒(2009—2015)和中國畜牧統計年鑒(2009—2015)的基礎上, 實際上豬肉的年產量大約是牛肉的7.5倍, 羊肉的12倍。我們通過比較畜牧產品的年產量和生態足跡總量這兩項數據可知, 畜牧產品的年產量與生態足跡總量是成正比的。且畜牧產品之間的生態足跡總量比值是產量的兩倍以上, 這其中的原因應該與生豬養殖與牛羊養殖所占用的土地類型有關。中國當前生豬的養殖是以飼料養殖為主, 而飼料的消耗就是糧食作物的消耗, 最終計算出來的生態足跡總量就是耕地的占用; 牛羊的養殖則是以草場放牧為主, 因而消耗的是草地資源, 其生態足跡總量的核算也是基于牧草地的生態占用核算。

注: 具體沿海各省份關于明確海水魚的養殖面積統計資料暫缺, 故采用總體的海水魚養殖面積加以計算。其中, 海水養殖產品的分類參照漁業統計年鑒的官方分類格式。

Figure 1 The total ecological footprint of China's marine aquaculture products histogram from 2009 to 2014

圖2 中國海水養殖產品2009—2014年人均生態足跡量直方圖

Figure 2 The per capita ecological footprint of China's marine aquaculture products histogram from 2009 to 2014

豬肉的人均生態足跡分量在2009—2014年表現為波動上升的態勢。從2009年的1.2252 hm2增長到2010年的1.2703 hm2, 是處于上升的階段; 到2011年, 其人均生態足跡分量下降到1.2676 hm2; 從2012年的1.3384 hm2增長到2014年的1.4207 hm2, 又是上升的階段。此外, 牛肉和羊肉的人均生態足跡分量在2009—2014年均表現為波動上升的趨勢, 與豬肉的變化趨勢類似。分為三個階段, 其中, 2009—2010年處于上升階段, 2010—2011年處于下降階段, 2011—2014又處于上升階段。但牛肉和羊肉的人均生態足跡分量要遠遠低于豬肉, 牛肉的人均生態足跡分量是從2009年的0.0654 hm2增長到2014年的0.0710 hm2; 羊肉的人均生態足跡分量從2009年的0.0401 hm2增長到2014年的0.0441 hm2。

2.4 海水養殖產品和畜牧產品的蛋白質生態足跡情況分析

在充分查閱中國食物成分表的基礎上, 我們匯總了海水養殖產品和畜牧產品的相關蛋白質含量的數據。根據食物成分表的數據, 我們近似地將各類產品的蛋白質含量作為其蛋白質營養成分所占的百分比。例如, 大黃魚的蛋白質所占的百分比就是18.6%。結合海水養殖產品和畜牧產品的生態足跡核算數據, 我們將蛋白質所占百分比的數據列入, 估算出不同養殖產品的單位蛋白質所占的生態足跡分量。具體蛋白質含量數據由表5所示。

表4 中國畜牧產品2010年生態足跡計算

注: 表中的豬肉、牛肉和羊肉統計數據均為酮體重, 人口數據和產量數據均來自中國統計年鑒(2009—2015)。

為了更加簡潔明了地描述海水養殖產品和畜牧產品在單位質量上所消耗的生物生產性土地面積, 我們引入單位蛋白質生態系數的概念。單位蛋白質生態系數是指獲得1千克蛋白質營養價值所需的生物生產性土地面積, 單位為hm2·kg-1。我們核算了2014年中國海水養殖產品和畜牧產品的單位蛋白質生態系數, 其中, 海水魚類的單位蛋白質生態系數最低, 僅為0.0004 hm2; 牡蠣的單位蛋白質生態系數次之, 為0.0006 hm2; 海水養殖產品中, 以海參的單位蛋白質生態系數為最高, 達到0.0065 hm2。而反觀畜牧產品中三大肉類的數據可知, 豬肉、牛肉和羊肉的單位蛋白質生態系數分別達到了0.1024 hm2、0.1523 hm2和0.1595 hm2, 是海水養殖產品中海水魚類的250倍以上。因此, 在滿足同樣份額蛋白質營養需求的基礎上, 海水魚類所占用生物生產性面積最小, 其發展前景遠勝過傳統的陸地畜牧業產品。即便是海水養殖產品中單位蛋白質生態系數最高的海參, 所占用的生物生產性面積也不過是豬肉產品的1/15、牛肉產品的1/23、羊肉的1/24。從這樣的數據分析中, 我們更加確信了海水養殖產業的發展優勢。傳統的魚蝦蟹貝是海洋產品的代表, 而我們把海水養殖產品作為動物性蛋白質的營養補充是基于陸地畜牧業養殖給耕地和牧草地帶來了巨大的生態壓力的現狀。尤其是在陸地土地資源日益緊缺的當下, 如何有效地開源節流, 提升土地資源的利用率和保障耕地總量不碰紅線, 是擺在我們面前的一個難題。

圖3 中國畜牧產品2009—2014年生態足跡總量直方圖

Figure 3 The total ecological footprint of China’s husbandry products histogram from 2009 to 2014

圖4 中國畜牧產品2009—2014年人均生態足跡分量折線圖

Figure 4 The per capita ecological footprint of China’s livestock products component line chart from 2009 to 2014

表5 海水養殖產品和畜牧產品蛋白質成分表

注: 本表中蛋白質含量(每100g含量)數據整理自《中國食物成分表》2009年

3 討論與結論

我們根據海水養殖產品生態足跡的核算結果看, 海水養殖產品的人均生態足跡很小, 僅為畜牧產品的千分之一。另外, 在2014年的海水養殖產品和畜牧產品的單位蛋白質生態系數的核算上, 存在同樣結果。究其原因, 大致如下: (1)海水養殖產品的養殖面積和養殖產量與畜牧產品相比, 相對較小, 海水養殖產品的養殖規模遠不及畜牧產品。(2)海水養殖產品的單產(平均產量)要遠高于畜牧產品, 尤其是海水魚的集約型養殖模式, 大幅度地提升了單位養殖面積的產品產出能力; 而陸地的畜牧產品多數還是傳統的粗放型養殖模式, 日常的飼料消耗和人力投入過大, 因而對于耕地和牧草地的占用就比較高, 不符合可持續發展的基本要求。(3)海水養殖產品的養殖技術和抗病害能力的提升, 加強了海水養殖產業的抗風險能力, 利于穩定產量和品質; 畜牧產業的病害損失和疫苗投入相對較高, 養殖成本也隨之提升, 因而風險因素較多。

表6 中國海水養殖產品和畜牧產品2014年單位蛋白質生態系數

注: 海水魚類是綜合鱸魚、鲆魚、大黃魚和鯛魚四個蛋白質含量的數據得出。單位蛋白質生態系數是綜合平均產量和蛋白質比例得出。

應對上述的三個問題, 我們提出三點參考建議: (1)鼓勵和支持海水養殖產業的健康發展, 因地制宜地提升海水養殖產品的養殖空間, 對基礎性的海水養殖產業進行政策扶持, 調整居民膳食的蛋白質攝入結構。(2)優先推廣海水養殖產業的集約化發展模式, 注重環境和經濟效益的統一, 積極轉變陸地畜牧產品的養殖模式, 由粗放型的模式逐步向集約型模式轉變。(3)積極組織農業和漁業養殖技術人員深入養殖一線, 推廣抗病害的基礎技術和知識培訓, 提高風險規避意識。

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Research on marine and land aquaculture products based on national ecological footprint accounts

SHAO Chen, ZHAO Sheng*, WU Jingci, XU Qingqing

National Engineering Research Center For Marine aquaculture, Zhejiang Ocean University, Zhoushan, 316022, China

Marine aquaculture and livestock products play an important role on the protein intake of humans. In this paper, we used the national ecological footprint account analysis method to research the ecological footprint of marine aquaculture products and livestock products in China from 2009 to 2014 as well as the average value of protein eco-efficiency in 2014. The results showed that the per capita ecological footprint of scallop in China's maricultural products was the highest, from 0.0005 hectares to 0.0007 hectares. During 2009-2014, the per capita ecological footprint of pork was the highest, from 1.2 hectares to 1.4 hectares. Generally, the per capita ecological footprint of livestock products was higher than marine aquaculture products. Furthermore, the per capita bio-productive area of livestock products was 2000 times than that of marine aquaculture products. According to the protein ecological coefficient in 2014, the average value of livestock products was 0.1381 hm2·kg–1, the highest was mutton with the value reaching 0.1595 hm2·kg–1, while that of marine aquaculture was 0.0020 hm2·kg–1, and marine fish in marine culture products was only 0.0004 hm2·kg–1. Therefore, in obtaining the same conditions of protein nutrition supply, we should give priority to marine aquaculture products which can not only improve the supply structure of national protein nutrition, but also reduce the ecological load of the ecological environment, and at the same time, it is also the node of our development and management of the marine economy.

marine aquaculture products, livestock products, ecological footprint, protein ecological coefficient

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.01.026

S931.1

A

1008-8873(2019)01-203-08

2017-12-20;

2018-03-07

浙江省自然科學基金項目(LY15D060006); 國家重點研發計劃支持項目(2017YFA0604902); 海洋生物資源增殖放流自動化標志裝備技術聯合研發(L2015RR0104)

邵晨(1992—), 男, 浙江蘭溪人, 在讀研究生, 主要研究方向為海島開發與保護, E—mail: 17805804674@163.com

趙晟, 男, 甘肅蘭州人, 教授, 主要研究方向為海洋生態學, E—mail: zhaosh@zjou.edu.cn

邵晨, 趙晟, 吳婧慈, 等. 基于國家生態足跡賬戶的海陸養殖產品研究[J]. 生態科學, 2019, 38(1): 203-210.

SHAO Chen, ZHAO Sheng, WU Jingci, et al. Research on marine and land aquaculture products based on national ecological footprint accounts[J]. Ecological Science, 2019, 38(1): 203-210.