生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)碳足跡評(píng)估研究進(jìn)展

周元清，董紅敏，朱志平，王悅，李南西

生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)碳足跡評(píng)估研究進(jìn)展

周元清1，董紅敏2，朱志平2，王悅2，李南西3

1全國(guó)畜牧總站，北京 100125；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；3中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193

【目的】畜禽養(yǎng)殖業(yè)是重要的溫室氣體排放源，我國(guó)是生豬養(yǎng)殖大國(guó)，科學(xué)評(píng)估生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)碳足跡，能夠?yàn)樾竽翗I(yè)深入推進(jìn)減排降碳提供參考借鑒?！痉椒ā勘疚闹袕奶甲阚E評(píng)估模型、評(píng)估方法和主要排放源三方面對(duì)國(guó)內(nèi)外生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)碳足跡評(píng)估研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，圍繞系統(tǒng)邊界、排放源、核算方法以及單位選擇等因素深入分析了評(píng)估結(jié)果差異性的成因，解析了飼料生產(chǎn)、糞污處理等環(huán)節(jié)對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響?！窘Y(jié)果】目前國(guó)外對(duì)生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)全生命周期的碳足跡評(píng)估形成了較為成熟的評(píng)估模型。每生產(chǎn)1 kg功能單位的豬肉碳足跡為2.2—10.3 kg CO2-eq。各研究中，不同評(píng)估方法會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生較大影響。劃定不同的系統(tǒng)邊界、采用不同的功能單位，均會(huì)導(dǎo)致碳足跡評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)差異。同時(shí)，在相同系統(tǒng)邊界內(nèi)，核算的排放源不同、同一排放源選取的參數(shù)不同，或者選擇不同的分配方法也會(huì)影響評(píng)估結(jié)果。在生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)中，飼料生產(chǎn)是對(duì)生豬生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡貢獻(xiàn)最大的環(huán)節(jié)，占比為49%—83%。糞便管理環(huán)節(jié)的排放僅次于飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，占比為12%—41%?！窘Y(jié)論】為了使我國(guó)生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)的碳足跡評(píng)估更加精準(zhǔn)和廣泛，應(yīng)開(kāi)展針對(duì)中國(guó)不同區(qū)域不同養(yǎng)殖模式下溫室氣體排放關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)，根據(jù)我國(guó)生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀建立適合本國(guó)國(guó)情的碳足跡評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一評(píng)估方法，規(guī)范評(píng)估要求，創(chuàng)建符合地區(qū)實(shí)踐的評(píng)估模型，為我國(guó)生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)參考。

碳足跡；生豬；評(píng)估方法；系統(tǒng)；低碳；溫室氣體；全生命周期

氣候變化是當(dāng)今人類(lèi)關(guān)注的全球性熱點(diǎn)問(wèn)題。2021年3月15日，習(xí)近平總書(shū)記在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，要把碳達(dá)峰碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)。畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)是重要的溫室氣體排放源，占全球排放總量的18%[1-2]。黨的二十大報(bào)告指出，要推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展，加快建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)。中國(guó)畜禽腸道和糞便管理過(guò)程中的溫室氣體排放量基本維持在3.5億噸二氧化碳當(dāng)量左右，在中國(guó)農(nóng)業(yè)活動(dòng)溫室氣體排放中占比基本維持在37%—48%。

習(xí)近平總書(shū)記在2020年中央農(nóng)村工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村減排固碳既是碳達(dá)峰、碳中和的重要舉措，也是潛力所在，這方面要做好科學(xué)測(cè)算，制定可行方案，采取有力措施。2021年，中國(guó)生豬出欄量超過(guò)6.7億頭，在農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中，畜牧業(yè)產(chǎn)值占比為27%，其中，生豬產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的貢獻(xiàn)高達(dá)43%，相當(dāng)于小麥、稻谷、玉米等主要糧食作物產(chǎn)值總和[3]。有研究顯示，在中國(guó)，生豬養(yǎng)殖的溫室氣體排放（76.98 kg·d-1）是食品供應(yīng)造成的溫室氣體排放（305.62 kg·d-1）的主要排放源[4]?？茖W(xué)評(píng)估生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)溫室氣體排放量，規(guī)范量化單位生豬產(chǎn)品碳排放強(qiáng)度，精準(zhǔn)辨別生產(chǎn)鏈中主要排放源，對(duì)于有效減控生豬產(chǎn)業(yè)的溫室氣體排放具有重要的實(shí)用價(jià)值和實(shí)踐意義[5-7]。

近年來(lái)，關(guān)于生豬糞便管理過(guò)程的溫室氣體排放和減排技術(shù)已有一些研究[8-13]。但是，生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)不僅與養(yǎng)殖活動(dòng)有關(guān)，而且涉及飼料作物種植、飼料加工運(yùn)輸、糞肥田間施用以及各環(huán)節(jié)能源消耗等，需要從全生產(chǎn)鏈角度來(lái)核算溫室氣體排放量、找到排放源、篩選減排技術(shù)和分析減排潛力[14-17]。全生命周期評(píng)價(jià)是一種系統(tǒng)化、鏈條化分析和評(píng)估研究對(duì)象環(huán)境影響和資源消耗的標(biāo)準(zhǔn)方法[5,7,18-19]。碳足跡以CO2當(dāng)量排放量表示生產(chǎn)活動(dòng)全過(guò)程中單位產(chǎn)品的溫室氣體排放量，能夠全面評(píng)估產(chǎn)品生產(chǎn)及活動(dòng)中直接和間接的碳排放，并真實(shí)反映研究對(duì)象全過(guò)程排放的溫室氣體數(shù)量和結(jié)構(gòu)[20-21]，是表征畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)對(duì)氣候變化影響并為溫室氣體減排措施提供支持的重要指標(biāo)，成為畜牧業(yè)溫室氣體排放和控制研究的熱點(diǎn)[22-25]。

碳足跡評(píng)估的最終目標(biāo)是采取有效措施降低生產(chǎn)過(guò)程中溫室氣體排放。開(kāi)展生豬生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡評(píng)估，首要面臨用何種方式或工具進(jìn)行評(píng)估的問(wèn)題，其次是采用何種方法進(jìn)行核算評(píng)估，根據(jù)選用的評(píng)估工具和方法，最終從碳足跡中識(shí)別出主要排放源，并采取適宜的減排措施。本研究聚焦碳足跡評(píng)估工具、評(píng)估方法、生豬生產(chǎn)系統(tǒng)中主要排放源3個(gè)問(wèn)題開(kāi)展綜述，以闡明不同評(píng)估方法對(duì)碳足跡結(jié)果的影響，旨在明晰生豬養(yǎng)殖碳足跡評(píng)估結(jié)果差異性?xún)?nèi)因，為科學(xué)開(kāi)展生豬養(yǎng)殖碳足跡評(píng)估，畜牧業(yè)減碳政策制定提供參考。

1 碳足跡評(píng)估模型

國(guó)外對(duì)畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡評(píng)估的研究起步較早[26-28]，形成了較為成熟的碳足跡評(píng)估工具。表1給出了4種典型的評(píng)估模型。

GLEAM模型是由FAO研發(fā)，評(píng)估全球尺度畜牧養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程中的溫室氣體排放[29]。它整合了現(xiàn)有關(guān)于生產(chǎn)實(shí)踐和排放途徑的數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全球范圍內(nèi)不同種類(lèi)畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程中溫室氣體排放的評(píng)估框架，建立了六類(lèi)畜禽及其不同養(yǎng)殖規(guī)模的評(píng)估方法。該模型評(píng)估依據(jù)環(huán)境管理生命周期要求和指南ISO14044[29-30]、商品與服務(wù)溫室氣體排放生命周期評(píng)估規(guī)范PAS2050[31]，評(píng)估范圍涵蓋畜禽產(chǎn)品全生產(chǎn)鏈，采用經(jīng)濟(jì)分配法，糞便管理環(huán)節(jié)的排放系數(shù)采用IPCC（2006）[32]推薦值，其他核算參數(shù)來(lái)自糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（FAOSTAT）等數(shù)據(jù)庫(kù)。該模型評(píng)估4種溫室氣體，分別是CO2、CH4、N2O和HCFs。

CAPRI模型是針對(duì)歐盟農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及相關(guān)政策對(duì)環(huán)境影響的評(píng)估模型[33]。參數(shù)來(lái)源主要是歐盟統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（EUROSTAT），另外還有糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（FAOSTAT）、經(jīng)合組織（OECD）的相關(guān)數(shù)據(jù)。它包含兩個(gè)模塊，一是覆蓋歐盟所有國(guó)家250個(gè)區(qū)域的規(guī)劃編程模型，二是全球范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)大宗商品貿(mào)易模型，能夠?qū)ο鄳?yīng)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。它的評(píng)估范圍從飼料生產(chǎn)到零售消費(fèi)，氮排泄量依據(jù)GAINS數(shù)據(jù)庫(kù)[34]。該模型還考慮了飼料種植引起的土地利用帶來(lái)的溫室氣體排放量。

ULICEES模型是針對(duì)加拿大畜牧業(yè)和種植業(yè)開(kāi)發(fā)的溫室氣體評(píng)估模型[35]。該模型分為兩個(gè)模塊，一部分是從飼料生產(chǎn)到農(nóng)場(chǎng)大門(mén)環(huán)節(jié)，另一部分是屠宰加工環(huán)節(jié)。飼料種植和糞便管理過(guò)程中N2O、CH4的排放系數(shù)均采用IPCC（2006）[32]推薦值，生產(chǎn)過(guò)程中使用化石能源帶來(lái)的CO2排放量依據(jù)F4E2模型計(jì)算，肉類(lèi)屠宰加工環(huán)節(jié)的溫室氣體排放依據(jù)(cafoo)2- meat模型計(jì)算。(cafoo)2-meat模型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)來(lái)源于其本國(guó)的國(guó)家和省級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

SustainPork是西班牙開(kāi)發(fā)的一款為企業(yè)提供豬肉產(chǎn)品生產(chǎn)碳足跡自評(píng)估的Excel計(jì)算工具[36]。該模型包括4個(gè)模塊：飼料生產(chǎn)、動(dòng)物養(yǎng)殖、屠宰過(guò)程、加工過(guò)程，提供了不同的功能單位供使用者選擇，包括kg活重、kg胴體重、kg豬肉產(chǎn)品等。除了展示碳足跡評(píng)估結(jié)果，它還為使用者提供詳細(xì)的溫室氣體排放清單，幫助使用者明確重要排放源，為使用者提供減排建議。這個(gè)模型同時(shí)能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程中的水足跡進(jìn)行核算。

2 生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡評(píng)估方法

國(guó)內(nèi)外對(duì)生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡評(píng)估結(jié)果顯示，每生產(chǎn)1 kg功能單位（FU）的豬肉碳足跡為2.2— 10.3 kg CO2-eq（表2）。最小值（2.2 kg CO2-eq/kg FU）是XU[4]關(guān)于中國(guó)主要的植物源食物和動(dòng)物源食物的評(píng)估結(jié)果，NOYA等[36]評(píng)估加拿大生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)碳足跡值最大，為10.3 kg CO2-eq/kg FU。從碳足跡評(píng)估方法的4個(gè)關(guān)鍵要素分析各研究結(jié)果的差異[6,30]：（1）系統(tǒng)邊界；（2）功能單位；（3）分配方法；（4）參數(shù)選擇。

2.1 系統(tǒng)邊界

碳足跡評(píng)估中最顯著的不同是各研究評(píng)估過(guò)程中核算的系統(tǒng)邊界不同。VERGé等[35,44-46]研究中包含了從飼料作物種植到屠宰加工的所有溫室氣體排放，XU等[4,29,36]的評(píng)估范圍擴(kuò)展到了豬肉零售階段。其他研究則是從飼料作物種植到農(nóng)場(chǎng)大門(mén)的排放。其次，相同的系統(tǒng)邊界中包含的排放源不同。LUO等[39,42,46,50]生豬生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡的系統(tǒng)邊界均是從飼料生產(chǎn)到養(yǎng)殖場(chǎng)大門(mén)，但LUO等[39,42,50]核算的排放源中均不包含生豬養(yǎng)殖過(guò)程中腸道發(fā)酵帶來(lái)的甲烷排放，VERGé等[35,46]的評(píng)估中未明確是否包含腸道發(fā)酵的甲烷排放。VERGé等[35,37,42-43,46,49-50]評(píng)估中均不含土地利用變化帶來(lái)的排放，但其評(píng)估范圍卻與WEISS 等[33-34]相同。

表2 國(guó)內(nèi)外關(guān)于生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)碳足跡研究的比較

a為生豬屠宰階段溫室氣體排放采用質(zhì)量分配法；b采用經(jīng)濟(jì)分配法；c采用不分配；con表示常規(guī)養(yǎng)殖；org表示有機(jī)養(yǎng)殖；n-LUC表示不考慮土地利用變化帶來(lái)的溫室氣體排放；LUC表示考慮土地利用變化帶來(lái)的溫室氣體排放；hou即household，表示家庭養(yǎng)殖（豬<50頭）；agg即aggregated，表示集約化養(yǎng)殖（豬≥50頭）

ais the mass allocation method for greenhouse gas emissions during pig slaughtering;bis the economic distribution method;cis no distribution;constands for conventional farming;orgstands for organic farming;n-LUCmeans the greenhouse gas emissions from land use change are not considered;LUCmeans the greenhouse gas emissions from land use change are considered;houstands for household, which means household breeding (< 50 pigs);aggmeans aggregated, which means intensive breeding (pigs≥50)

相同系統(tǒng)邊界內(nèi)排放源核算的目標(biāo)也不相同。生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)鏈中的能耗排放有來(lái)自生產(chǎn)直接相關(guān)的部分，如豬舍的通風(fēng)、照明、保暖等，也有一部分來(lái)自間接排放，如飼料運(yùn)輸、糞便運(yùn)輸?shù)?。有的研究?jī)H核算了電力消耗帶來(lái)的排放，而其他研究則包含了化石燃料燃燒帶來(lái)的排放[42,56]。PELLETIER等[37,43]僅評(píng)估直接能耗，不評(píng)估間接的運(yùn)輸能耗，THOMA等[38]的研究中雖明確提出評(píng)估直接能耗，而對(duì)于是否評(píng)估間接能耗的排放沒(méi)有描述。在加拿大，其東部地區(qū)電力供應(yīng)多依賴(lài)于可再生能源，特別是水利發(fā)電，而西部地區(qū)主要靠化石燃料供應(yīng)。VERGé等[35]評(píng)估結(jié)果顯示，加拿大西部地區(qū)的豬肉碳足跡為3.2 kg CO2-eq/kg，比東部地區(qū)高0.6 kg CO2-eq/kg。此外，加拿大豬肉生產(chǎn)加工產(chǎn)業(yè)多集中在東部，該地區(qū)養(yǎng)豬場(chǎng)和屠宰加工廠的平均運(yùn)輸距離為75 km，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于西部650 km的平均運(yùn)輸距離，這是加拿大豬肉碳足跡低的另一個(gè)重要原因。大部分從飼料生產(chǎn)到養(yǎng)殖場(chǎng)大門(mén)的研究中均核算系統(tǒng)內(nèi)能耗帶來(lái)的CO2排放，LUO等[39]給出的溫室氣體排放清單中包含飼料運(yùn)輸?shù)呐欧?，但不同評(píng)估對(duì)象飼料運(yùn)輸帶來(lái)的排放量是相同值，均為0.01 kg CO2-eq/kg產(chǎn)品。

2.2 功能單位

選擇不同的功能單位會(huì)對(duì)碳足跡評(píng)估結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。表2中，NOYA等[36]對(duì)于西班牙生豬生產(chǎn)鏈碳足跡的評(píng)估結(jié)果表明，每kg香腸的碳足跡是每kg活重碳足跡的1.6倍。為了體現(xiàn)生豬的市場(chǎng)價(jià)值，NGUYEN等[41]使用每千克胴體重或屠宰后的每千克重量。BASSET-MENS等[50，57]選擇每千克屠宰活體重作為功能單位?？紤]到生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)的主要目標(biāo)是產(chǎn)出豬肉，為了能夠反映肉類(lèi)生產(chǎn)中主要用于食用的部分，DE VRIES等[2, 43]分別采用每千克可食用產(chǎn)品、每千克不含骨和脂肪的豬肉作為功能單位。DE VRIES[2]認(rèn)為攝入豬肉的主要目的是獲取動(dòng)物源蛋白，所以用每千克可食用蛋白作為功能單位，ESHEL等[14]則更關(guān)注每單位能量帶來(lái)的溫室氣體排放。在DE VRIES等[2,46]的碳足跡評(píng)估研究中，采用豬肉平均日攝入量這種功能單位來(lái)表征經(jīng)合組織國(guó)家的生豬生產(chǎn)鏈碳足跡。

2.3 分配方法

碳足跡大小不僅取決于系統(tǒng)溫室氣體排放量的多少和系統(tǒng)產(chǎn)出的數(shù)量，與排放量在系統(tǒng)各產(chǎn)出間如何劃分也密切相關(guān)。VERGé等[35]研究結(jié)果表明，使用不同分配方法可使評(píng)估結(jié)果的差異率達(dá)到48%，NOYA等[36]研究中不分配時(shí)的碳足跡是經(jīng)濟(jì)分配法的3.3倍。在生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)鏈中包含不同的子生產(chǎn)系統(tǒng)，多產(chǎn)出是這些生產(chǎn)系統(tǒng)的共性。在全生命周期中，有3個(gè)子系統(tǒng)面臨系統(tǒng)溫室氣體排放量在不同產(chǎn)出間的分配，一是飼料生產(chǎn)系統(tǒng)；二是養(yǎng)殖場(chǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)，溫室氣體在活豬與糞肥之間分配；三是屠宰過(guò)程，前提是評(píng)估的系統(tǒng)邊界內(nèi)包含該環(huán)節(jié)。各研究中分配比例的差異很大，這會(huì)使同一對(duì)象的碳足跡評(píng)估結(jié)果截然不同。表3列出了17項(xiàng)關(guān)于生豬生產(chǎn)鏈中不同系統(tǒng)分配方法研究的總結(jié)。

飼料生產(chǎn)子系統(tǒng)中，DALGAARD等[44,54,59]采用系統(tǒng)擴(kuò)展避免了飼料作物不同產(chǎn)出間的溫室氣體排放分配，WEISS 等[33,37,60]采用基于飼料作物不同產(chǎn)出間的物理特性（質(zhì)量、能量、含氮量）進(jìn)行排放量分配；其余11個(gè)研究均根據(jù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行分配[27, 38, 43, 45-47, 49-50, 55-56, 58]。

在養(yǎng)殖場(chǎng)子系統(tǒng)中，OGINO等[55]利用經(jīng)濟(jì)分配將輸入動(dòng)物生產(chǎn)的排放分配給活豬和糞便，其中99.4%分配給活豬。ANTON等[49]基于糞便中活性氮含量，將糞便農(nóng)田施用帶來(lái)的排放分配給活豬和飼料作物。DALGAARD等[44,47,60]考慮到糞肥替代一部分化肥，通過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展抵消了這部分化肥在飼料種植中帶來(lái)的排放。CEDERBERG[43,50,58]采用系統(tǒng)分割的方法，將糞肥施用帶來(lái)的排放歸入作物種植過(guò)程。PELLETIER等[37,38,56]則通過(guò)系統(tǒng)擴(kuò)展，將糞肥施用的排放并入生豬養(yǎng)殖過(guò)程，最終歸入產(chǎn)出的活豬體。

當(dāng)碳足跡評(píng)估系統(tǒng)邊界涵蓋屠宰加工時(shí)，WEISS等[33,43,46-47,56]都將上游產(chǎn)生的排放分配給活豬屠宰后可食用部分。THOMA等[38]根據(jù)活豬屠宰后各部分的經(jīng)濟(jì)價(jià)值分配排放量，約有12%的排放被分配給不可食用的動(dòng)物產(chǎn)品。僅有一項(xiàng)研究根據(jù)屠宰后主副產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分配排放量，結(jié)果顯示上游產(chǎn)生的溫室氣體量超過(guò)13%被分配給除新鮮豬肉外的其他部分[27]。ANTON等[49]將活豬分為四大部分，分別是肉類(lèi)產(chǎn)品，食品級(jí)的脂肪、皮、骨頭、內(nèi)臟以及豬血，可用作飼料的器官、內(nèi)臟、骨頭、脂肪、皮毛等，以及剩余必須焚化的部分，評(píng)估結(jié)果表明，按質(zhì)量分配荷蘭肉類(lèi)產(chǎn)品分配比例為55%；但考慮了各部分的經(jīng)濟(jì)價(jià)值后，肉類(lèi)產(chǎn)品的分配比例提高到了88%。

表3 生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡評(píng)估分配方法的總結(jié)

2.4 核算參數(shù)

ISO 14040規(guī)定在理想情況下，碳足跡評(píng)估使用的參數(shù)應(yīng)為經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)集，在系統(tǒng)溫室氣體排放報(bào)告清單中，要將評(píng)估中使用的關(guān)鍵參數(shù)明確標(biāo)出，以便在比較不同評(píng)估結(jié)果時(shí)能找出差異[61]。因?yàn)樵u(píng)估中常會(huì)出現(xiàn)參數(shù)缺失的情況，需要進(jìn)行假設(shè)。實(shí)際生產(chǎn)中，有的參數(shù)本身就具有極大的變異性，因此，以該參數(shù)為基礎(chǔ)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)也會(huì)隨之發(fā)生變化。由此造成的數(shù)值變化，并非是參數(shù)取值不準(zhǔn)確，而是客觀原因造成的數(shù)據(jù)差異。以經(jīng)濟(jì)分配法為例，飼料作物各部分產(chǎn)品之間的溫室氣體排放分配系數(shù)，依據(jù)各產(chǎn)品的價(jià)格核算得到，當(dāng)市場(chǎng)中該產(chǎn)品價(jià)格發(fā)生變化時(shí)，必然會(huì)引起以產(chǎn)品價(jià)格為基礎(chǔ)算得的經(jīng)濟(jì)分配系數(shù)的變化，進(jìn)而影響飼料作物植株各部分產(chǎn)品之間的溫室氣體排放分配，最終也會(huì)影響畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)中飼料原料的碳足跡。

LESSCHEN等[34]和WEISS等[33]都對(duì)歐盟（27國(guó)）畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)開(kāi)展碳足跡評(píng)估，但評(píng)估結(jié)果不同，主要是評(píng)估過(guò)程中采用了不同的核算參數(shù)。首先，由于評(píng)估對(duì)象是整個(gè)歐盟地區(qū)，通過(guò)假設(shè)確定詳細(xì)的糞便管理方式。例如針對(duì)液體糞便管理系統(tǒng)的假設(shè)，LESSCHEN等[34]假設(shè)液體系統(tǒng)沒(méi)有覆蓋天然硬殼，WEISS 等[33]則假設(shè)液體系統(tǒng)上有天然硬殼覆蓋，不同情景下溫室氣體排放因子也不同，因此WEISS等[33]評(píng)估結(jié)果中糞便管理環(huán)節(jié)的CH4排放量比LESSCHEN等低近50%，N2O排放量高出近310 %。其次，關(guān)鍵排放因子N排泄率不同，LESSCHEN等使用GAINS模型中國(guó)家氮排泄率值，無(wú)法基于基礎(chǔ)日糧參數(shù)得出相應(yīng)的飼料消化率，且生豬腸道發(fā)酵排放量的核算方法采用IPCC (2006)[32]Tier 1，而WEISS等則使用了CRPRI模型中更為精確的參數(shù)。最后，動(dòng)物糞便施用于作物的分配方法也不同，WEISS 等選擇系統(tǒng)擴(kuò)展，假設(shè)動(dòng)物糞肥全部施用于飼料作物種植，并替代了大量化肥的使用，這部分排放的核算歸入動(dòng)物飼養(yǎng)過(guò)程。與LESSCHEN等對(duì)于商業(yè)化肥排放量的核算相比，降低了64%。由于以上3種因素，造成了兩者對(duì)相同年份同一研究對(duì)象的碳足跡評(píng)估結(jié)果的較大差異，2010年歐盟地區(qū)總GHG排放量為493 Tg CO2-eq[33]，高于LESSCHEN等評(píng)估得出的401 Tg CO2-eq。

3 生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)主要溫室氣體排放源

畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)碳足跡評(píng)估有助于提高我們對(duì)于畜禽產(chǎn)品生產(chǎn)供應(yīng)全生命周期的全方位了解，明確生產(chǎn)鏈條中產(chǎn)生GHG排放的主要環(huán)節(jié)，采取針對(duì)性減排措施[37,62]。各研究均表明，飼料生產(chǎn)是對(duì)生豬生產(chǎn)系統(tǒng)碳足跡貢獻(xiàn)最大的環(huán)節(jié)，占比為49%— 83%[4,29,39,45-46,49-50,63]。糞便管理環(huán)節(jié)的排放僅次于飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)，占比為12%—41%[4, 29,34,39,49]。

3.1 飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)

由于飼料生產(chǎn)過(guò)程是生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)邊界內(nèi)溫室氣體排放量最大的環(huán)節(jié)，所以飼料轉(zhuǎn)化率（FCR）是影響其碳足跡的關(guān)鍵因素。整合分析不同研究中生豬生產(chǎn)鏈碳足跡與生長(zhǎng)育肥豬飼料轉(zhuǎn)化率的相關(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)[34,37,40,44,46,49,63]，兩者的相關(guān)性較好，2達(dá)到0.86（圖1）。WIEDEMANN等[63]的研究也發(fā)現(xiàn)，豬肉生產(chǎn)的GHG排放強(qiáng)度與生長(zhǎng)育肥豬的飼料轉(zhuǎn)化率密切相關(guān)，兩者的關(guān)系為GHG=1.625FCR-0.605（2=0.88）。

國(guó)外育肥豬的飼料轉(zhuǎn)化率為2.6—2.9，國(guó)內(nèi)為3.0—3.2[36,39]，這是LUO等[39]評(píng)估的豬肉碳足跡雖然低于全球平均水平卻高于大部分國(guó)外研究結(jié)果的原因之一。多數(shù)研究評(píng)估結(jié)果證明[35-36,40,46,49]，除飼料轉(zhuǎn)化率以外，飼料生產(chǎn)對(duì)碳足跡貢獻(xiàn)最大的另一個(gè)主要原因是飼料原料的跨地區(qū)長(zhǎng)距離運(yùn)輸，增加了生豬生產(chǎn)鏈對(duì)環(huán)境的影響。對(duì)中國(guó)河北地區(qū)一生豬規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)碳足跡評(píng)估結(jié)果顯示[40]，飼料原料玉米和豆粕均購(gòu)自外省，飼料原料長(zhǎng)距離運(yùn)輸（300—500 km）造成的排放量占飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)總排放量的31%?？梢钥闯?，在生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)，前端的飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，種養(yǎng)未結(jié)合導(dǎo)致飼料跨區(qū)域長(zhǎng)距離運(yùn)輸，該環(huán)節(jié)涉及的飼料作物種植和飼料原料運(yùn)輸帶來(lái)的排放不僅限于養(yǎng)殖場(chǎng)周邊區(qū)域，也帶給區(qū)域乃至全球化的環(huán)境負(fù)擔(dān)；而后端的生豬養(yǎng)殖和糞便管理活動(dòng)主要在養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)或場(chǎng)周邊開(kāi)展，造成的環(huán)境影響僅限于局部范圍[29,35]。此外，飼料作物種植中N2O的排放也是飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要溫室氣體排放源，但是在各研究中它對(duì)系統(tǒng)排放總量的貢獻(xiàn)有很大的不確定性，主要原因有兩個(gè)，一是飼料作物種植過(guò)程中無(wú)機(jī)氮肥和有機(jī)氮肥的施用比例，二是含氮肥料施入土壤后N轉(zhuǎn)化為N2O的比例[29]。

圖1 生長(zhǎng)育肥豬飼料轉(zhuǎn)化率與生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)系統(tǒng)總碳足跡的相關(guān)關(guān)系

LUO等[39]評(píng)估中國(guó)四川農(nóng)戶(hù)散養(yǎng)和規(guī)?；B(yǎng)殖生豬的碳足跡顯示，農(nóng)戶(hù)散養(yǎng)的飼料生產(chǎn)環(huán)節(jié)溫室氣體排放對(duì)豬肉碳足跡的貢獻(xiàn)為69%，而規(guī)模化飼養(yǎng)系統(tǒng)中該比例高達(dá)83%。這可能由于農(nóng)戶(hù)散養(yǎng)的飼料作物多產(chǎn)自當(dāng)?shù)兀c規(guī)模化飼養(yǎng)系統(tǒng)相比，飼料運(yùn)輸環(huán)節(jié)的排放較低。但在LUO等[39]的評(píng)估中，在農(nóng)戶(hù)散養(yǎng)和規(guī)模飼養(yǎng)兩個(gè)系統(tǒng)的飼料運(yùn)輸帶來(lái)的排放均為0.01 kg CO2-eq/kg豬肉，而對(duì)中國(guó)河北地區(qū)某規(guī)模生豬養(yǎng)殖場(chǎng)碳足跡評(píng)估顯示[40]，飼料原料運(yùn)輸?shù)奶甲阚E為0.32 kg CO2-eq/kg豬肉，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于LUO等[39]的評(píng)估結(jié)果。

3.2 糞便管理環(huán)節(jié)

生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)鏈中第二大溫室氣體排放源是糞便管理環(huán)節(jié)，包括糞便處理過(guò)程中帶來(lái)的CH4排放、直接和間接的N2O排放，排放量與豬糞便中氮排泄量、糞便處理方式密切相關(guān)[29, 32, 64]。

糞便處理過(guò)程中CH4排放量取決于豬糞中VS數(shù)量、甲烷轉(zhuǎn)化因子。前者與豬只飼養(yǎng)過(guò)程中的飼料轉(zhuǎn)化率有關(guān)，后者根據(jù)糞便管理技術(shù)和工藝不同而不同[32, 63]。甲烷轉(zhuǎn)化因子通常隨著糞便處理環(huán)境溫度升高而增大，與其他地區(qū)相比，南亞和東南亞地區(qū)溫度高，核算該區(qū)域豬糞便管理過(guò)程的CH4排放量時(shí)，采用的甲烷轉(zhuǎn)化因子也較高[29]。此外，干燥的糞便管理環(huán)境比潮濕環(huán)境更有利于減少處理糞便帶來(lái)的CH4排放[29, 46, 65]，且使用深坑收集處理，CH4排放量將比傳統(tǒng)敞口收集處理糞便減少至少30%，但同時(shí)需注意N2O排放量變化[32, 63]。多數(shù)研究表明[8-9,40,46,65]，厭氧發(fā)酵處理是一種大幅減少豬糞便管理環(huán)節(jié)碳足跡的做法。SOMMER等[10]評(píng)估發(fā)現(xiàn)，豬糞厭氧發(fā)酵后甲烷回收利用，比直接氧化塘處理造成的CH4排放量減少了90%。雖然ZHOU等[40]評(píng)估厭氧發(fā)酵減排的比例略低，但也表明，相比于豬糞直接進(jìn)入氧化塘處理，先進(jìn)行厭氧發(fā)酵再用氧化塘處理沼液，糞便管理環(huán)節(jié)溫室氣體排放量降低76%。DALGAARD[66]對(duì)丹麥生豬糞便管理的評(píng)估結(jié)果顯示，如果豬糞進(jìn)行厭氧消化，沼氣用于能源生產(chǎn)，平均每頭豬溫室氣體排放量將減少16%。

糞便處理過(guò)程中N2O排放量取決于豬糞中氮排泄率和該糞便管理系統(tǒng)中N轉(zhuǎn)化為N2O的比例[32, 64]。大量研究表明[9, 11, 29, 32, 40, 44, 55]，降低飼料中粗蛋白含量能有效降低豬糞的氮排泄量，進(jìn)而減少糞便管理環(huán)節(jié)的N2O排放。OSADA等[12,55]研究證明，將豬日糧中粗蛋白含量減少為原來(lái)的85%，豬糞便氮排泄率會(huì)降低20%以上。評(píng)估結(jié)果顯示，通過(guò)調(diào)整日糧氮含量，將育肥豬糞便的氮排泄率降低12%，糞便管理過(guò)程中N2O排放將至少減少15%[40]。此外，糞便管理采用的工藝也會(huì)對(duì)該過(guò)程中的溫室氣體排放造成影響。研究發(fā)現(xiàn)[13]，豬糞堆肥翻堆后，N2O排放顯著增加。值得注意的是，雖然深坑收集處理糞便能夠減少CH4排放，但同時(shí)N2O排放量卻增加一倍[63]。

4 建議

國(guó)外對(duì)生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)整個(gè)生命周期的碳足跡評(píng)估已開(kāi)展較多研究，這些研究都是基于其本國(guó)實(shí)際生產(chǎn)情況，相關(guān)研究為中國(guó)生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)碳足跡評(píng)估提供了參考。然而，已有研究大多是針對(duì)特定地區(qū)、采用特定數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)評(píng)估的生豬養(yǎng)殖生產(chǎn)鏈碳足跡，中國(guó)生豬飼料作物種植制度、養(yǎng)殖模式、糞便管理方式等均與國(guó)外存在較大差異，選用的核算參數(shù)不能反映中國(guó)實(shí)際生產(chǎn)情況，評(píng)估結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確反映中國(guó)生豬養(yǎng)殖系統(tǒng)溫室氣體的排放情況。建議通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定等手段獲取不同區(qū)域的溫室氣體排放關(guān)鍵核算參數(shù)，進(jìn)而建立符合當(dāng)?shù)厍闆r的生豬養(yǎng)殖碳足跡評(píng)估模型，在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展生豬養(yǎng)殖整個(gè)生產(chǎn)鏈的碳足跡評(píng)估。同時(shí)，由于分配系數(shù)的不確定性導(dǎo)致的評(píng)估結(jié)果差異大，是目前碳足跡評(píng)估中存在的突出問(wèn)題，在后續(xù)碳足跡評(píng)估研究中，亟需構(gòu)建評(píng)估中不同分配方法選擇的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

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Review on Carbon Footprint Assessment of Pig Farming System

ZHOU YuanQing1, DONG HongMin2, ZHU ZhiPing2, WANG Yue2, LI NanXi3

1The National Animal Husbandry Services, Beijing 100125;2Institute of Environmental and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;3College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193

【Objective】Livestock production is one of the important emission sources of greenhouse gases, while China is a major country in pig farming. Scientifically assessing the carbon footprint of pig farming system can provide a reference for further promoting carbon emission reduction of animal husbandry. 【Method】This paper reviewed the research status of carbon footprint assessment of pig breeding system, including model, results and composition. The results of carbon footprint assessment were related to many factors, such as system boundary, emission sources, accounting methods and functional unit. In this study, we considered the main factors which affect the evaluation results, and analyzed the reasons for the difference of results. 【Result】Through reviewing the domestic and foreign literature on carbon footprint assessment, it was realized that the assessment model of livestock had been constructed well in developed country. The carbon footprint of 1 kg functional unit product was 2.2-10.3 kg CO2-eq. The assessment results varied due to the different evaluation methods in various studies. Different system boundaries and functional units were the important reasons for different results. The different emission sources, accounting parameters selected for the same emission source, or diverse allocation methods under the same system boundary also led to great differences. For the contribution to the carbon footprint of the pig production system, feed production was the largest link, accounting for 49%-83%; the second was manure management, accounting for 12%-41%. 【Conclusion】In order to widely precise the carbon footprint of China’s pig production system, the suggestions were as follows: monitoring the key parameters of greenhouse gas emissions for various feeding modes in all regions of China should be carried out; the Chinese carbon footprint assessment database according to the development status of Chinese pig breeding systems should be established; the unified and standardized evaluation methods should be appeared publicly; an carbon footprint assessment model fit for different regions of Chinese production practice should be created to provide data reference support for the sustainable development of Chinese pig production system.

carbon footprint; pig; assessment method; system; low carbon; greenhouse gas; life cycle assessment

10.3864/j.issn.0578-1752.2024.02.012

2023-05-12；

2023-09-15

全國(guó)畜牧總站青年課題研究（2022-1）

周元清，E-mail：zyq732769@163.com。通信作者董紅敏，E-mail：donghongmin@caas.cn

（責(zé)任編輯 林鑒非）