食物系統(tǒng)的溫室氣體排放及其減排策略研究進(jìn)展

馮 適，張 奕，陳新平，王孝忠*

（西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究中心，重慶 400715）

全球氣候變化是當(dāng)前人類生存和發(fā)展面臨的突出環(huán)境挑戰(zhàn)，它對(duì)人類健康和地球安全產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響，如威脅糧食與營(yíng)養(yǎng)安全，增加人體罹患傳染性疾病、心臟病和中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)，加劇空氣質(zhì)量惡化，破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡及導(dǎo)致物種滅絕。溫室氣體排放是全球氣候變化最主要的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)前，碳達(dá)峰和碳中和成為全球許多國(guó)家重要的發(fā)展戰(zhàn)略。食物系統(tǒng)是一個(gè)“開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)”，包括與食物生產(chǎn)、加工、分配、制備和消費(fèi)相關(guān)的所有要素和活動(dòng)，由于其各階段均會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放，因此食物系統(tǒng)對(duì)全球溫室氣體排放的貢獻(xiàn)尤為突出。在國(guó)家層面上，不同國(guó)家食物系統(tǒng)產(chǎn)生的溫室氣體排放占國(guó)家溫室氣體排放總量的8%～67%不等；在全球尺度上，食物系統(tǒng)貢獻(xiàn)了全球34%的溫室氣體排放。食物系統(tǒng)已日益成為全球氣候變化最大的驅(qū)動(dòng)力之一。

氣候變化全球治理是當(dāng)今國(guó)際政治議程的重要議題，國(guó)際組織和各國(guó)政府廣泛探討了各類減排策略以積極應(yīng)對(duì)氣候變化，減緩食物系統(tǒng)溫室氣體排放在其中至關(guān)重要。然而，目前針對(duì)食物系統(tǒng)溫室氣體排放的系統(tǒng)研究梳理尚有欠缺，對(duì)單一食物、飲食模式和不同國(guó)家膳食結(jié)構(gòu)間溫室氣體排放的關(guān)系及其減排策略尚不清楚。因此，本文對(duì)食物系統(tǒng)溫室氣體排放的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展展開(kāi)綜述。通過(guò)收集、整理已發(fā)表文獻(xiàn)中關(guān)于碳足跡分析法在食物溫室氣體排放評(píng)價(jià)上的結(jié)果，從單一食物、飲食模式和不同國(guó)家膳食結(jié)構(gòu)的角度系統(tǒng)梳理食物系統(tǒng)溫室氣體排放現(xiàn)狀，分析和論述減緩食物系統(tǒng)溫室氣體排放的有效策略以及當(dāng)前研究中存在的不確定性，提出在未來(lái)研究中應(yīng)深入開(kāi)展區(qū)域?qū)用媸澄锵到y(tǒng)研究，分析從生產(chǎn)、供應(yīng)到消費(fèi)端的物質(zhì)流動(dòng)過(guò)程和不同區(qū)域、不同生產(chǎn)體系下各類食物碳足跡參數(shù)，擴(kuò)展碳足跡核算的系統(tǒng)邊界，以期全面準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)食物系統(tǒng)溫室氣體排放，為促進(jìn)全球溫室氣體減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供理論依據(jù)。

1 食物全生命周期溫室氣體排放途徑及其評(píng)價(jià)方法

食物系統(tǒng)始于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，止于膳食消費(fèi)，包括從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)資投入品的制造運(yùn)輸，到植物、動(dòng)物性農(nóng)產(chǎn)品的初級(jí)加工和市場(chǎng)分配，再到家庭購(gòu)買、貯存和烹飪食物，直至膳食攝入和食物廢棄物處理的一系列過(guò)程。食物在“從搖籃到墳?zāi)埂钡娜芷诟鱾€(gè)階段，均會(huì)產(chǎn)生溫室氣體排放，其主要的溫室氣體包括二氧化碳（CO）、甲烷（CH）和一氧化二氮（NO）（圖1）。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍采用“碳足跡”這一指標(biāo)量化食物溫室氣體排放。碳足跡即從生命周期的角度出發(fā)，破除所謂“有煙囪才有污染”的觀念，分析產(chǎn)品（食物）全生命周期相關(guān)活動(dòng)直接和間接的溫室氣體排放總量，并以全球變暖潛能（global warming potential，GWP）值折合成二氧化碳當(dāng)量（COeq）表示。其中，CH和NO的GWP值分別是21和298。食物碳足跡的核算常采用過(guò)程分析法。首先，要確定評(píng)價(jià)的目標(biāo)食物，分析和明確系統(tǒng)邊界，確定功能單位；其次，列出食物全生命周期清單，搜集各個(gè)階段的物質(zhì)投入或活動(dòng)數(shù)據(jù)及相應(yīng)的碳排放因子；再次，將各個(gè)階段的物質(zhì)投入或活動(dòng)數(shù)據(jù)與相應(yīng)的碳排放因子相乘，得到這一物質(zhì)投入或活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放，將各個(gè)階段的碳排放相加得到該食物的碳足跡；最后，分析評(píng)價(jià)結(jié)果、評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量、澄清評(píng)估的局限性。目前，食物系統(tǒng)溫室氣體排放評(píng)價(jià)重點(diǎn)關(guān)注于食物生產(chǎn)階段（從搖籃到農(nóng)場(chǎng)大門階段）。

圖1 食物全生命周期溫室氣體排放系統(tǒng)邊界Fig.1 Boundary of greenhouse gas emission system in food life cycle

2 不同來(lái)源的單一食物的溫室氣體排放

2.1 以單位質(zhì)量為評(píng)價(jià)功能單位時(shí)各類食物碳足跡的差異及其成因

食物來(lái)源于各類植物和動(dòng)物性農(nóng)產(chǎn)品，由于作物和畜禽自身生理特性的差異及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中管理措施的差別，不同來(lái)源食物的碳足跡差異顯著。首先，從食物類別的角度來(lái)看，單位質(zhì)量動(dòng)物源性食物的碳足跡顯著高于植物源性食物。例如，Clune等通過(guò)369 項(xiàng)已發(fā)表的研究對(duì)全球168種植物源性和動(dòng)物源性產(chǎn)品的1 718個(gè)碳足跡進(jìn)行薈萃分析，結(jié)果表明，植物源性食物的碳足跡平均為0.88 kg COeq/kg產(chǎn)品（0.20～2.66 kg COeq/kg產(chǎn)品），動(dòng)物源性食物的碳足跡平均為10.8 kg COeq/kg產(chǎn)品（1.39～28.70 kg COeq/kg產(chǎn)品），動(dòng)物源性食物的碳足跡約為植物源性食物的12 倍。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，植物屬于初級(jí)生產(chǎn)者，動(dòng)物生產(chǎn)依賴于植物生產(chǎn)為其提供飼料，但動(dòng)物的飼料轉(zhuǎn)化效率低，如豬體質(zhì)量每增加1 kg需要消耗2.64～5.45 kg的飼料，且畜禽在飼養(yǎng)過(guò)程中的糞便管理、腸道發(fā)酵、設(shè)施能耗等還會(huì)增添新的排放（圖1），因而動(dòng)物源性食物具有更高的碳足跡。

其次，在植物源性食物中，碳足跡由低到高依次是根莖類、蔬菜、水果、小麥、玉米、豆類、堅(jiān)果和水稻。作物單位種植面積碳排放強(qiáng)度與單位面積產(chǎn)量共同決定了單位質(zhì)量的碳足跡。在水稻碳足跡及其構(gòu)成中，稻田厭氧發(fā)酵CH排放貢獻(xiàn)最大（厭氧條件下微生物分解有機(jī)物釋放CH而非CO），占碳足跡構(gòu)成的60%～73%，相比于其他旱地作物在種植過(guò)程中土壤CH排放近乎為零，水稻單位種植面積碳排放強(qiáng)度明顯更高，但單位面積稻米產(chǎn)量較其他作物相比并不具有顯著優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致水稻單位質(zhì)量碳足跡最高。在其他植物源性食物碳足跡及其構(gòu)成中，農(nóng)資（尤其是肥料）生產(chǎn)和運(yùn)輸產(chǎn)生的碳排放以及氮肥施用引起的土壤直接NO排放與NO淋洗和徑流、NH揮發(fā)造成的間接NO排放是主要貢獻(xiàn)因子，二者占碳足跡構(gòu)成的77%～95%。以根莖類作物、蔬菜和小麥為例，在中國(guó)，這3種作物碳足跡分別是0.20、0.27 kg COeq/kg產(chǎn)品和0.42 kg COeq/kg產(chǎn)品，其中，根莖類作物肥料用量最低且單位面積產(chǎn)量最高，低肥料（尤其是氮肥）投入意味著更低的農(nóng)資階段碳排放和更少的土壤直接和間接NO放排，因此根莖類作物在單位質(zhì)量上具有最低的碳足跡。蔬菜單位面積肥料總量和氮肥用量分別是小麥的1.83 倍和1.21 倍，但單位面積產(chǎn)量是小麥的9.16 倍，因此雖然在單位面積上蔬菜的碳排放強(qiáng)度更高，但在單位面積產(chǎn)量上蔬菜的碳足跡更低。綜上，在植物源性食物生產(chǎn)過(guò)程中需對(duì)作物進(jìn)行合理布局，充分發(fā)揮作物的增產(chǎn)潛力，持續(xù)提高作物單位面積產(chǎn)量；同時(shí)，尤其應(yīng)注重養(yǎng)分資源的高效利用與管理，嚴(yán)格控制肥料用量，加快完善各地區(qū)各類作物肥料施用限量標(biāo)準(zhǔn)，使用農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)，降低單位種植面積碳排放強(qiáng)度，進(jìn)而降低植物源性食物單位質(zhì)量碳足跡。

在動(dòng)物源性食物中，單位質(zhì)量反芻動(dòng)物肉類的碳足跡顯著高于非反芻動(dòng)物肉類，其中牛肉和羊肉的碳足跡最高，豬肉和雞肉次之；蛋類和奶制品具有更低的碳足跡。消化系統(tǒng)差異（單胃或反芻胃）、飼料轉(zhuǎn)化效率和畜禽屠宰率3個(gè)因素共同決定了畜禽肉類碳足跡。牛和羊?qū)儆诜雌c動(dòng)物，在飼養(yǎng)過(guò)程中腸道發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生并排放大量CH，分別占牛肉和羊肉碳足跡構(gòu)成的58%～66%和45%～60%，而非反芻動(dòng)物飼養(yǎng)過(guò)程中腸道發(fā)酵CH排放量近乎為零；同時(shí)，牛和羊的屠宰率低于豬和雞，且飼料轉(zhuǎn)化效率也更低，需要更多的飼料投入以滿足其生長(zhǎng)，因此導(dǎo)致單位質(zhì)量反芻動(dòng)物肉類的碳足跡顯著高于非反芻動(dòng)物肉類。在非反芻動(dòng)物肉類碳足跡構(gòu)成中，糞便中NO和CH的排放是主要的貢獻(xiàn)因子。水產(chǎn)品的碳足跡變幅很大，主要受品種、捕撈方式和地點(diǎn)、飼養(yǎng)規(guī)模及投入等因素的影響，如西班牙近海捕撈的大眼金槍魚與沿海捕撈的大西洋鯖魚單位質(zhì)量碳足跡可相差24 倍。因此，在動(dòng)物源性食物生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)尤其注重畜禽品種的改良和飼料配比的優(yōu)化，選育生長(zhǎng)周期較短、CH排放因子較低的優(yōu)勢(shì)畜禽品種；同時(shí)，優(yōu)化飼料配方，使用飼料添加劑以降低反芻動(dòng)物腸道發(fā)酵CH排放。此外，還應(yīng)持續(xù)推動(dòng)糞便沼氣處理技術(shù)應(yīng)用和規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

2.2 以營(yíng)養(yǎng)素含量為評(píng)價(jià)功能單位時(shí)各類食物碳足跡的差異及其成因

食物是提供人體營(yíng)養(yǎng)進(jìn)而保障人體健康的最重要物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者常以食物的能量或蛋白質(zhì)含量為功能單位來(lái)評(píng)價(jià)其碳足跡。當(dāng)以不同種營(yíng)養(yǎng)素含量為功能單位評(píng)價(jià)食物的碳足跡時(shí)，不同類別食物的碳足跡又會(huì)較以單位質(zhì)量為功能單位評(píng)價(jià)時(shí)相比表現(xiàn)出不同差異，這主要由食物單位質(zhì)量碳足跡差異及自身該營(yíng)養(yǎng)素含量決定。例如，當(dāng)以能量為評(píng)價(jià)的功能單位時(shí)，在植物源性食物中，水果和蔬菜的碳足跡高于谷物類及塊根塊莖類食物。如Heller等的研究顯示蔬菜和水果的碳足跡分別為1.10 kg COeq/1 000 kcal和1.20 kg COeq/1 000 kcal，分別是水稻和根莖類碳足跡的3.83 倍和5.22 倍。造成此差異的原因是雖然在單位質(zhì)量上果蔬類的碳足跡較低，但果蔬類的能量也較低，如水果和蔬菜所含能量?jī)H為53.4 kcal/100 g和32.7 kcal/100 g，而谷物類所含能量介于364.0～370.0 kcal/100 g，因此導(dǎo)致在單位能量上植物源性食物中蔬菜和水果具有最高的碳足跡。在動(dòng)物源性食物中，反芻動(dòng)物肉類的碳足跡依然高于非反芻動(dòng)物肉類，其原因在于單位質(zhì)量上反芻動(dòng)物肉類的碳足跡顯著高于非反芻動(dòng)物肉類，且不同肉類產(chǎn)品間的能量差異較小，如牛肉和豬肉所含能量?jī)H相差17 kcal/100 g。當(dāng)以蛋白質(zhì)含量為評(píng)價(jià)的功能單位時(shí)，水果和蔬菜表現(xiàn)出除反芻動(dòng)物肉類外最高的碳足跡，而其他植物源性食物較動(dòng)物源性食物相比仍具有更低的碳足跡。然而，食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值是復(fù)雜且多方面的，以單一營(yíng)養(yǎng)素含量為功能單位不足以全面反映食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與溫室氣體排放間的關(guān)系，為此，有學(xué)者提出以營(yíng)養(yǎng)豐富食物指數(shù)（nutrient rich foods index 9.3，NRF9.3）和營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)（nutritional quality index，NQI）為功能單位，綜合考量食物的各種營(yíng)養(yǎng)素成分來(lái)評(píng)價(jià)其碳足跡。

3 不同飲食模式的溫室氣體排放

不同飲食模式對(duì)溫室氣體排放的影響不同。當(dāng)前，大西洋飲食、地中海飲食、素食和純素食是全球最為典型的幾種飲食模式。從整體來(lái)看，大西洋飲食、地中海飲食溫室氣體排放強(qiáng)度高于素食和純素食（圖2）。不同飲食模式間各類食物消費(fèi)量構(gòu)成的差異及單一食物碳足跡參數(shù)的差別共同導(dǎo)致了其溫室氣體排放強(qiáng)度的差異。基于單位質(zhì)量上動(dòng)物源性食物的碳足跡顯著高于植物源性食物，動(dòng)物源性食物中畜禽肉類尤其是反芻動(dòng)物肉類的碳足跡顯著高于水產(chǎn)品、蛋類和奶制品，因此，飲食模式中所含的動(dòng)物源性食物尤其是畜禽肉類占比越高，則溫室氣體排放強(qiáng)度越大。在這4 類飲食模式中，大西洋飲食的動(dòng)物源性食物消費(fèi)量占比最高，且含有更多的畜禽肉類，如Esteve-Llorens等研究表明，動(dòng)物源性食物約占大西洋飲食食物消費(fèi)構(gòu)成的26.5%，其中畜禽肉類占比3.33%；地中海飲食以植物源性食物消費(fèi)為主，優(yōu)先食用蛋奶和水產(chǎn)品，同時(shí)減少畜禽肉類的攝入，如van Dooren等研究表明畜禽肉類僅占地中海飲食消費(fèi)構(gòu)成的2.16%；素食中動(dòng)物源性食物消費(fèi)量占比較低，一般可分為乳素食、蛋素食或乳蛋素食，部分包含水產(chǎn)品，但均不含畜禽肉類；純素食中不含動(dòng)物源性食物。研究人員具體比較了各類飲食模式溫室氣體排放強(qiáng)度及其構(gòu)成的差異。González-García等評(píng)價(jià)了西班牙大西洋飲食與地中海飲食的溫室氣體排放情況，結(jié)果顯示，大西洋飲食中水產(chǎn)品、奶制品、畜禽肉類和蛋類的消費(fèi)量較地中海飲食相比分別高出89.7%、87.0%、41.7%和20.8%，導(dǎo)致大西洋飲食動(dòng)物源性食物消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放強(qiáng)度較地中海飲食高64.2%，雖然大西洋飲食中蔬菜、植物油和水果的消費(fèi)量與地中海飲食相比更低，但這并不足以抵消動(dòng)物源性食物消費(fèi)量提高而增加的溫室氣體排放，因而大西洋飲食溫室氣體排放強(qiáng)度更高。Pairotti等評(píng)價(jià)了意大利地中海飲食與素食的溫室氣體排放情況，結(jié)果顯示，地中海飲食奶制品的消費(fèi)量較素食高4.3%，且地中海飲食含有畜禽肉類和水產(chǎn)品，導(dǎo)致地中海飲食動(dòng)物源性食物消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放較素食高66.2%，雖然素食中谷物類以及根莖作物、水果和蔬菜類的消費(fèi)量分別較地中海飲食高11.7%和17.7%，但素食植物源性食物消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體排放僅比地中海飲食高24.6%，由此導(dǎo)致地中海飲食具有更高的溫室氣體排放強(qiáng)度。

圖2 不同飲食模式的溫室氣體排放量[56,59,61-65]Fig.2 Greenhouse gas emission intensities of different diet patterns[56,59,61-65]

4 不同國(guó)家及國(guó)家內(nèi)部膳食消費(fèi)結(jié)構(gòu)的溫室氣體排放

受經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、糧食安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理措施、文化傳統(tǒng)和區(qū)域偏好的影響，不同國(guó)家居民膳食消費(fèi)構(gòu)成存在顯著差異，進(jìn)而導(dǎo)致居民膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度及其構(gòu)成的差別。首先，一般而言，不同國(guó)家居民膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度與國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平程度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，發(fā)達(dá)國(guó)家居民膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度顯著高于發(fā)展中國(guó)家和相對(duì)落后國(guó)家，導(dǎo)致此差異的主要原因在于動(dòng)物源性食物消費(fèi)構(gòu)成的差別。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，動(dòng)物源性食物尤其是畜禽肉類和奶制品在國(guó)民膳食結(jié)構(gòu)中的占比增加，進(jìn)而導(dǎo)致較高的溫室氣體排放。例如，Chaudhary等研究表明，美國(guó)、澳大利亞、歐盟27國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家居民人均每日膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度介于3.59～4.98 kg COeq，中國(guó)、墨西哥等發(fā)展中國(guó)家介于1.99～2.70 kg COeq，非洲、南亞等地區(qū)的相對(duì)落后國(guó)家介于0.64～1.37 kg COeq。其次，從溫室氣體排放構(gòu)成的角度分析，在美國(guó)、澳大利亞和歐盟27國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，動(dòng)物性食物消費(fèi)量高，分別占居民膳食消費(fèi)構(gòu)成的33.1%、32.6%和30.3%，成為溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)因子，分別貢獻(xiàn)了膳食消費(fèi)溫室氣體排放構(gòu)成的60.0%、83.1%和66.1%。而在像中國(guó)這樣的發(fā)展中國(guó)家，蔬菜、谷物類和水果是居民膳食消費(fèi)的主要來(lái)源，畜禽肉類和奶制品分別僅占居民膳食消費(fèi)構(gòu)成的9.3%和6.7%，二者分別僅貢獻(xiàn)了溫室氣體排放構(gòu)成的21.3%和6.4%；同樣在印度，谷物類、蔬菜和根莖類作物是居民膳食消費(fèi)的主要來(lái)源，奶制品和畜禽肉類消費(fèi)分別僅占膳食消費(fèi)構(gòu)成的9.1%和2.7%，二者消費(fèi)產(chǎn)生的溫室氣體分別占排放構(gòu)成的7.6%和35.9%。

在國(guó)家內(nèi)部，居民膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度也進(jìn)一步受性別差異、城鄉(xiāng)差距等因素的影響而表現(xiàn)出差別。在性別方面，受體力活動(dòng)水平、飲食偏好等因素的影響，男性膳食消費(fèi)絕對(duì)量一般高于女性，且膳食構(gòu)成中動(dòng)物源性食物的占比略微更高，由此導(dǎo)致男性膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度更大。例如，Song Baoguo等研究表明，中國(guó)男性居民每日膳食消費(fèi)量為1 154 g，比女性高13.1%，動(dòng)物源性食物占男性膳食消費(fèi)構(gòu)成的14.1%，占女性膳食消費(fèi)構(gòu)成的13.2%，由此導(dǎo)致男性膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度比女性高13.3%。在城鄉(xiāng)差距方面，受經(jīng)濟(jì)收入的影響，農(nóng)村居民植物源性食物尤其是谷物類和塊根塊莖類的消費(fèi)量通常高于城市居民，而動(dòng)物源性食物的消費(fèi)量則較低，由此導(dǎo)致農(nóng)村居民膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度低于城市居民。例如，在中國(guó)，城市居民植物源性食物消費(fèi)量比農(nóng)村居民低4.9%，而奶制品、海鮮和畜禽肉類的消費(fèi)量分別比農(nóng)村居民高112%、21.4%和14.4%，由此導(dǎo)致城市居民膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度比農(nóng)村居民高12.7%。

5 食物系統(tǒng)溫室氣體減排策略

降低全球溫室氣體排放是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的必然要求，《巴黎協(xié)定》使與會(huì)各國(guó)形成了政治和科學(xué)共識(shí)，即將全球氣溫上升幅度限制在比工業(yè)化水平前高1.5 ℃或2 ℃。研究表明食物系統(tǒng)若按照當(dāng)前的趨勢(shì)進(jìn)一步發(fā)展則必將妨礙限制全球氣溫上升1.5 ℃氣候目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并在本世紀(jì)末威脅限制全球氣溫上升2 ℃的氣候目標(biāo)。因此，食物系統(tǒng)溫室氣體減排不容忽視，降低食物系統(tǒng)溫室氣體排放量迫在眉睫。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍從改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐、轉(zhuǎn)變飲食方式和減少食物損失與浪費(fèi)3個(gè)層面來(lái)探討食物系統(tǒng)溫室氣體減排策略（圖3）。

圖3 食物系統(tǒng)溫室氣體減排策略Fig.3 Reduction strategies for greenhouse gas emissions from food systems

5.1 改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐

在食物全生命周期溫室氣體排放構(gòu)成中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段即從搖籃到農(nóng)場(chǎng)大門階段貢獻(xiàn)最大，占碳足跡構(gòu)成的79%左右。改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐即從提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化以降低單一食物單位質(zhì)量碳足跡。具體而言，植物源性食物的優(yōu)化措施可包括：1）優(yōu)良作物品種的選育，選擇抗病蟲害能力較強(qiáng)、水肥利用效率較高、光能利用率較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)作物品種；2）提高養(yǎng)分利用效率，即根據(jù)作物需肥規(guī)律和養(yǎng)分臨界期確定施肥時(shí)期，依據(jù)土壤養(yǎng)分含量和目標(biāo)產(chǎn)量確定施肥量，依照地區(qū)自然氣候條件和作物養(yǎng)分吸收規(guī)律確定肥料種類和施肥方式，同時(shí)注重新型肥料的應(yīng)用，以優(yōu)化肥料施用與管理，協(xié)同提高作物產(chǎn)量和養(yǎng)分利用效率；3）進(jìn)行節(jié)水灌溉，減少灌溉機(jī)械能耗產(chǎn)生的碳排放以及通過(guò)間歇灌溉降低稻田CH排放；4）進(jìn)行保護(hù)性耕作，通過(guò)少耕或免耕降低微生物分解活性，增加土壤碳儲(chǔ)量，促進(jìn)作物殘茬融入土壤有機(jī)碳。此外，有機(jī)添加物的應(yīng)用（如生物炭、微生物菌劑）也可提高土壤碳固存和肥料利用率，甲烷氧化菌和微藻結(jié)合應(yīng)用于稻田也被證明可顯著降低田間CH排放。動(dòng)物源性食物的優(yōu)化措施可包括：1）通過(guò)提高質(zhì)量增加率以降低禽畜屠宰年齡，降低發(fā)病率以避免畜禽死亡，提高禽畜受孕率以促進(jìn)繁殖等，提高肉類產(chǎn)量；2）優(yōu)化飼料管理，增加粗飼料與濃縮物的比例，在飼料中添加縮合單寧、皂苷等物質(zhì)以降低反芻動(dòng)物腸道發(fā)酵CH排放；3）提高飼料轉(zhuǎn)化率以減少飼料消耗量；4）優(yōu)化糞便管理，實(shí)現(xiàn)畜禽糞便資源化利用以最大限度減少糞便CH和NO排放。

5.2 向可持續(xù)的飲食方式轉(zhuǎn)變

基于當(dāng)前全球發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家膳食消費(fèi)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致人類營(yíng)養(yǎng)和健康雙重負(fù)擔(dān)及環(huán)境持續(xù)惡化，各國(guó)政府及國(guó)際組織陸續(xù)推出多種飲食模式轉(zhuǎn)型方案，以實(shí)現(xiàn)健康和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的食物系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。不同發(fā)展水平國(guó)家飲食模式轉(zhuǎn)型方向各不相同。從整體而言，發(fā)達(dá)國(guó)家需要適當(dāng)降低動(dòng)物源性食物尤其是畜禽肉類和奶制品的消費(fèi)量，例如，Green等提出的英國(guó)可持續(xù)飲食轉(zhuǎn)型建議中要求把畜禽肉類和奶制品的消費(fèi)量在當(dāng)前基準(zhǔn)上分別降低59%和66%，從而使溫室氣體排放強(qiáng)度由當(dāng)前飲食的人均每日4.20 kg COeq下降至替代飲食的2.52 kg COeq。在發(fā)展中國(guó)家（如中國(guó)和巴西），研究人員給出的飲食模式轉(zhuǎn)型建議也要求適當(dāng)降低動(dòng)物源性食物消費(fèi)占比。然而，在本就存在因動(dòng)物源性食物消費(fèi)不足而導(dǎo)致隱性饑餓問(wèn)題突出的相對(duì)落后國(guó)家，飲食方式轉(zhuǎn)型則需要適當(dāng)增加動(dòng)物源性食物消費(fèi)占比，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致更高的溫室氣體排放，例如，在Behrens等提出的印度可持續(xù)飲食模式轉(zhuǎn)型中，要求將動(dòng)物源性食物消費(fèi)量在當(dāng)前基礎(chǔ)上增加52.3%，由此導(dǎo)致替代飲食溫室氣體排放強(qiáng)度比當(dāng)前飲食高39.4%。此外，柳葉刀委員會(huì)基于現(xiàn)有最佳營(yíng)養(yǎng)證據(jù)，依據(jù)減少一系列疾病負(fù)擔(dān)的同時(shí)滿足環(huán)境可持續(xù)性要求而設(shè)計(jì)了一款星球健康飲食模式（Planetary Healthy Diet），在全球范圍內(nèi)僅通過(guò)該飲食模式轉(zhuǎn)型就可使2050年全球食物系統(tǒng)溫室氣體排放量較維持當(dāng)前的飲食模式不變相比降低48.9%，這一降幅能夠保障食物系統(tǒng)溫室氣體排放強(qiáng)度維持在為實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》氣候目標(biāo)而設(shè)定的排放邊界閾值內(nèi)。同樣地，轉(zhuǎn)向星球健康飲食并不意味著全球所有國(guó)家居民膳食消費(fèi)溫室氣體排放強(qiáng)度都在當(dāng)前基準(zhǔn)上下降，星球健康飲食轉(zhuǎn)型將導(dǎo)致大部分撒哈拉以南的非洲和南亞國(guó)家溫室氣體排放強(qiáng)度上升，主要原因仍在于該飲食模式使這些國(guó)家居民動(dòng)物源性食物消費(fèi)占比增加。然而，并非全球所有國(guó)家居民都能負(fù)擔(dān)起星球健康飲食，星球健康飲食的成本至少超過(guò)了全球15.8億 人的家庭人均收入，此外，星球健康飲食轉(zhuǎn)型還面臨著政治執(zhí)行力、文化接受度、社會(huì)平等性3個(gè)方面的考驗(yàn)。因此，如何在由經(jīng)濟(jì)、政治、文化和社會(huì)構(gòu)成的復(fù)雜體系中前行，明確食物系統(tǒng)重大變革的優(yōu)先事項(xiàng)，尋求廣泛的國(guó)際合作與承諾，開(kāi)展多部門、多層次的聯(lián)合行動(dòng)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)食物系統(tǒng)轉(zhuǎn)型面臨的重大挑戰(zhàn)。

5.3 減少食物在供應(yīng)鏈中的損失浪費(fèi)

當(dāng)前，全球食物損失與浪費(fèi)狀況不容樂(lè)觀，食物損失和浪費(fèi)減少了可供消費(fèi)的食物數(shù)量，增加了食物生產(chǎn)環(huán)境負(fù)擔(dān)。研究表明，全球每人每天食物損失與浪費(fèi)量為606 g，每年食物損失與浪費(fèi)總量為1.3h10t；而每人每天損失與浪費(fèi)的食物所致溫室氣體排放為887 g COeq，每年導(dǎo)致的溫室氣體排放總量為2.189h10t COeq。因此，減少食物損失和浪費(fèi)可以提高農(nóng)業(yè)和價(jià)值鏈的生產(chǎn)效率，從而降低食物系統(tǒng)溫室氣體排放。食物在其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、采后貯存、加工處理、市場(chǎng)分配和家庭消費(fèi)階段，都會(huì)產(chǎn)生損失或浪費(fèi)，各個(gè)階段損失或浪費(fèi)的成因及預(yù)防措施如圖4所示。通過(guò)遏制食物損失與浪費(fèi)，按照聯(lián)合國(guó)2030年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)12.3的預(yù)期，將全球食物損失與浪費(fèi)總量在當(dāng)前基礎(chǔ)上降低50%，可使2050年全球食物系統(tǒng)溫室氣體排放量與不采取減少食物損失與浪費(fèi)的措施相比降低6.12%。

圖4 食物損失與浪費(fèi)成因及預(yù)防措施[103-106]Fig.4 Causes of food loss and waste and preventive measures[103-106]

此外，食物系統(tǒng)溫室氣體減排策略的落實(shí)同樣依賴于強(qiáng)而有力的政策推行。推動(dòng)食物系統(tǒng)溫室氣體減排策略有效實(shí)施的政策建議可包括：第一，中央和地方政府應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科研投入和農(nóng)業(yè)財(cái)政補(bǔ)貼，加大低碳農(nóng)業(yè)政策宣傳，增強(qiáng)農(nóng)民對(duì)低碳農(nóng)業(yè)的認(rèn)知，提高農(nóng)戶對(duì)低碳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能力，確保各類低碳農(nóng)業(yè)技術(shù)能夠“落地生根”。第二，要讓消費(fèi)者成為飲食模式轉(zhuǎn)變的積極參與者，相關(guān)職能部門要加強(qiáng)居民膳食選擇的宣傳與引導(dǎo)，鼓勵(lì)居民食用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、碳足跡低的食物，如鼓勵(lì)居民適當(dāng)增加蔬菜、水果、奶制品等食物消費(fèi)占比，適度減少畜禽肉類尤其是牛肉、羊肉的消費(fèi)。此外，針對(duì)因畜禽肉類等食物攝入過(guò)量而導(dǎo)致超重和肥胖普遍發(fā)生的地區(qū)和人群應(yīng)實(shí)施膳食營(yíng)養(yǎng)干預(yù)計(jì)劃，針對(duì)因食物獲取不足導(dǎo)致膳食營(yíng)養(yǎng)素缺乏而存在“隱形饑餓”的地區(qū)和人群，應(yīng)通過(guò)資金補(bǔ)貼、發(fā)放營(yíng)養(yǎng)包等方式改善其膳食質(zhì)量。第三，在國(guó)家層面應(yīng)明確立法，持續(xù)推行“光盤行動(dòng)”，倡導(dǎo)勤儉節(jié)約的消費(fèi)習(xí)慣；在社會(huì)層面應(yīng)充分發(fā)揮食品零售部門和餐飲行業(yè)的作用，規(guī)范食品包裝與制備，引導(dǎo)居民合理購(gòu)買和消費(fèi)食物，減少流通環(huán)節(jié)的食物損失和盲目攀比造成的食物浪費(fèi)；在個(gè)人層面消費(fèi)者應(yīng)加強(qiáng)自身道德修養(yǎng)，秉持勤儉節(jié)約的傳統(tǒng)美德，膳食消費(fèi)“量力而行”，減少舌尖上的浪費(fèi)。

6 食物系統(tǒng)溫室氣體排放評(píng)價(jià)的展望

食物系統(tǒng)溫室氣體排放現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及其優(yōu)化轉(zhuǎn)型潛力探究是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)。基于食物全生命周期的碳足跡分析法，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從單一食物、飲食模式和膳食結(jié)構(gòu)的角度系統(tǒng)評(píng)價(jià)了食物系統(tǒng)溫室氣體排放現(xiàn)狀，提出了食物系統(tǒng)溫室氣體減排策略及推動(dòng)其實(shí)施的政策建議，形成了一套較為完整的從方法論構(gòu)建到現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，再到調(diào)控途徑和實(shí)施政策的理論研究體系。

然而，目前關(guān)于食物系統(tǒng)溫室氣體排放評(píng)價(jià)的研究存在以下方面的不確定性。一是膳食消費(fèi)數(shù)據(jù)存在不確定性。在目前的研究中，國(guó)家膳食消費(fèi)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織食物平衡表（Food and Agricultural Organization of the United Nations-Food Balance Sheets，F(xiàn)AO-FBSs）或各國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)調(diào)查。FAO-FBSs描述了一個(gè)國(guó)家人均食物供應(yīng)量而非膳食消費(fèi)量，需要構(gòu)建食物系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)模型將食物供應(yīng)量轉(zhuǎn)化為實(shí)際消費(fèi)量，而不同學(xué)者考慮的食物系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)各環(huán)節(jié)各有差別，各環(huán)節(jié)食物損失與浪費(fèi)的比例參數(shù)的準(zhǔn)確性參差不齊，由此導(dǎo)致了膳食消費(fèi)量估算的不確定，進(jìn)而導(dǎo)致溫室氣體排放評(píng)價(jià)的不確定。膳食調(diào)研數(shù)據(jù)在評(píng)價(jià)尺度和研究區(qū)域上存在局限性，難以進(jìn)行全球或區(qū)域?qū)用娴南到y(tǒng)評(píng)價(jià)與對(duì)比分析，且膳食調(diào)研數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有待提高。例如。Yu Xiaohua等研究表明，《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》公布的我國(guó)居民膳食消費(fèi)數(shù)據(jù)低估了居民膳食消費(fèi)實(shí)際水平。二是食物碳足跡參數(shù)系統(tǒng)邊界不完整。一個(gè)完整的食物系統(tǒng)溫室氣體排放評(píng)價(jià)應(yīng)包括食物“從搖籃到墳?zāi)埂钡娜芷诟鱾€(gè)階段，然而目前大部分關(guān)于食物系統(tǒng)溫室氣體排放評(píng)價(jià)的研究把系統(tǒng)邊界局限在“搖籃到農(nóng)場(chǎng)大門內(nèi)”，忽略了食物在產(chǎn)后貯存、運(yùn)輸、銷售等環(huán)節(jié)的排放，從而低估了整個(gè)食物系統(tǒng)溫室氣體排放強(qiáng)度。三是食物碳足跡參數(shù)存在區(qū)域不確定性。由于全球不同區(qū)域自然資源條件和生產(chǎn)力發(fā)展水平的差異，同種食物類別在不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系下其各類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入量水平和相應(yīng)要素的碳排放因子是存在差別的，進(jìn)而導(dǎo)致全球不同區(qū)域同類食物碳足跡參數(shù)存在差異。然而，目前針對(duì)很多全球和國(guó)家范圍內(nèi)的研究均沒(méi)有考慮食物碳足跡參數(shù)區(qū)域本地化問(wèn)題，常使用一組全球尺度的食物碳足跡薈萃分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，且被用于薈萃分析的碳足跡樣本多來(lái)自歐洲和北美地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，這種食物系統(tǒng)碳足跡參數(shù)區(qū)域不準(zhǔn)確性增加了評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性。

基于此，在未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)以下方面的研究。一是應(yīng)加強(qiáng)各個(gè)國(guó)家食物損失與浪費(fèi)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。準(zhǔn)確量化不同類別食物在各流動(dòng)環(huán)節(jié)的損失與浪費(fèi)量是基于食物系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)模型推導(dǎo)居民膳食消費(fèi)量的關(guān)鍵，是聯(lián)系農(nóng)業(yè)

生產(chǎn)與膳食消費(fèi)的紐帶。目前，大多數(shù)國(guó)家基于食物系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)模型推導(dǎo)本國(guó)居民膳食消費(fèi)量所依賴的食物損失與浪費(fèi)比例多是洲際級(jí)別的數(shù)據(jù)，只有部分國(guó)家如美國(guó)、西班牙、日本和中國(guó)等基于實(shí)地調(diào)研或文獻(xiàn)數(shù)據(jù)整合分析更新了本國(guó)各類食物各環(huán)節(jié)損失與浪費(fèi)比例。因此，各個(gè)國(guó)家應(yīng)不斷強(qiáng)化各類食物各環(huán)節(jié)損失與浪費(fèi)的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，持續(xù)動(dòng)態(tài)更新食物損失與浪費(fèi)現(xiàn)狀。同時(shí)，各個(gè)國(guó)家也應(yīng)不斷完善膳食調(diào)研方法，提高膳食調(diào)研結(jié)果的準(zhǔn)確性和代表性，縮小膳食調(diào)研數(shù)據(jù)和基于食物系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)模型推導(dǎo)的膳食消費(fèi)數(shù)據(jù)間的差距，以準(zhǔn)確量化居民膳食消費(fèi)量。二是加強(qiáng)各類食物在生產(chǎn)后貯存、流通、烹飪等各環(huán)節(jié)溫室氣體排放量的核算，完善食物碳足跡參數(shù)系統(tǒng)邊界。新近一些研究在這一方面進(jìn)行了有益嘗試，如Frankowska等通過(guò)對(duì)英國(guó)700余戶家庭的調(diào)研，收集了與食品烹飪相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)，量化了英國(guó)各類常見(jiàn)食物在烹飪過(guò)程中的溫室氣體排放量。三是基于區(qū)域?qū)用鏄?gòu)建各類食物碳足跡參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)收集和整理已發(fā)表的各類單一食物碳足跡生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果，按區(qū)域（如各大洲、典型國(guó)家等）進(jìn)行各類食物碳足跡參數(shù)薈萃分析，定量化揭示全球不同區(qū)域同類食物碳足跡差異及其成因，為食物系統(tǒng)溫室氣體排放評(píng)價(jià)提供區(qū)域本地化的碳足跡參數(shù)，為因地制宜制定不同區(qū)域食物系統(tǒng)溫室氣體減排策略提供理論依據(jù)。

7 結(jié) 語(yǔ)

以可持續(xù)的方式養(yǎng)活全球日益增長(zhǎng)的人口是21世紀(jì)人類生存和發(fā)展面臨的突出挑戰(zhàn)，降低食物系統(tǒng)溫室氣體排放是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)食物系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的必然要求，同時(shí)是實(shí)現(xiàn)全球碳達(dá)峰和碳中和戰(zhàn)略的關(guān)鍵。本文系統(tǒng)梳理和總結(jié)了食物系統(tǒng)溫室氣體排放的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，得出不同食物類別、飲食模式和國(guó)家膳食結(jié)構(gòu)間溫室氣體排放強(qiáng)度差異顯著。就單一食物而言，動(dòng)物源性食物較植物源性食物相比具有更高的碳足跡；就飲食模式而言，相比于地中海飲食和大西洋飲食，素食和純素食具有更低的溫室氣體排放強(qiáng)度；就不同國(guó)家而言，高收入國(guó)家居民攝入大量的畜禽肉類和奶制品而產(chǎn)生較高的溫室氣體排放，發(fā)展中國(guó)家處于動(dòng)物性食物消費(fèi)量激增而溫室氣體排放快速增加階段，欠發(fā)達(dá)國(guó)家以植物性食物為主，動(dòng)物性食物消費(fèi)占比較少，因而溫室氣體排放量較低。通過(guò)改進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐、轉(zhuǎn)變飲食方式和減少食物損失浪費(fèi)可以實(shí)現(xiàn)食物系統(tǒng)的低碳可持續(xù)發(fā)展。在未來(lái)研究中，亟需基于區(qū)域特點(diǎn)，構(gòu)建一套從生產(chǎn)端到消費(fèi)端的食物系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)模型，加強(qiáng)食物在供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)損失與浪費(fèi)現(xiàn)狀研究，以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不同區(qū)域居民膳食消費(fèi)狀況。同時(shí)，需加強(qiáng)單一食物碳足跡參數(shù)基礎(chǔ)研究，擴(kuò)充碳足跡參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和評(píng)價(jià)的系統(tǒng)邊界，以更加準(zhǔn)確和完整地研判食物系統(tǒng)溫室氣體排放，提出更具針對(duì)性和可行性的減排措施，實(shí)現(xiàn)食物系統(tǒng)低碳可持續(xù)發(fā)展。