王晓齐晔

（清华大学公共管理学院，清华大学气候政策研究中心，北京 100084）

全球农业生产过程的能源消费碳排放、甲烷和氮氧化物排放占温室气体排放总量的11% －14%，农业成为全球温室气体主要排放源［1］。农业生产目的是提供人类生存必须的食物，从食物生产到消费的全过程看，服务于农业生产的化肥等投入品生产和运输过程，食物从田间到餐桌的运输、储藏、烹调过程均排放大量温室气体。

在气候变化的大背景下，国际社会尤其是发达国家已开始关注食物全生命周期过程的温室气体排放。美国、英国食物全生命周期温室气体排放分别占各自排放量的15%、19%，人均年排放量分别为 3.1 tCO2－eq和 2.7 t CO2－eq，欧盟 25 国和澳大利亚比例高达 31%、30%［2－5］。国外研究显示，食物全生命周期温室气体排放与饮食结构、消费习惯关系密切。饮食结构的影响源自不同类型食物的温室气体排放系数差别较大。美国环境工作小组计算了美国各种食物全生命周期温室气体排放，动物性食物温室气体排放系数远高于植物性食物［6］。Berners-Lee研究显示英国的饮食结构是造成温室气体排放较大的原因，提出若以奶制品替代肉类甚至向素食转变可减少食物全生命周期排放的22% －26%［7］。随着消费水平的提高，餐桌食物浪费与日俱增，全球有1/3的食物被浪费掉，相应带来5%的不必要温室气体排放。国内尚未开展食物全生命周期温室气体排放的系统研究，从减缓气候变化方面多集中在技术层面，探讨减排途径、减排潜力及农业增汇措施［8－9］。对影响食物全生命周期温室气体排放的主要影响因素、各因素之间的内在联系及宏观发展趋势缺乏深刻认识。

本文系统分析了1996－2010年我国食物全生命周期温室气体排放特征，分别从食物生产和消费角度分析食物全生命周期温室气体排放增长的主要因素及潜在影响，旨在为政策制定和决策者提供参考依据。

1 研究方法及数据

1.1 食物全生命周期温室气体排放途径

食物全生命周期温室气体排放类型包含化石能源相关CO2排放及投入品生产、农业生产过程的非能源相关CO2、CH4、N2O 排放（见图 1）。

化石能源相关CO2排放来自农业投入品生产、农场/农户生产、农产品及食品加工制造、分销配销过程的运输冷藏、烹饪环节。农业投入品生产排放包括化肥、农药、农业机械折旧、农膜、饲料生产过程排放。

农业生产过程非能源相关CO2排放来自化肥（尿素）施用过程;CH4排放来自水稻种植、畜禽养殖的肠胃发酵及粪便管理过程排放;N2O排放来自化肥施用、畜禽养殖粪便管理过程排放;此外，化肥（硝铵类）生产过程也排放N2O。

图1 食物消费全生命周期温室气体排放途径Fig.1 The greenhouse gases emission route of food consumption during the life circle

1.2 温室气体排放核算方法

1.2.1 能源相关CO2排放

能源相关CO2排放根据化石能源消耗量、能源结构及各类能源的CO2排放系数计算。各环节能源消耗相关温室气体计算方法如下:

式中:i表示食物全生命周期的农业投入品生产、农场/农户生产、加工制造、分销配销、烹饪环节;Ei表示i环节化石能源消费量，tce;j表示各环节所消耗的能源类型;pj表示j能源消费量占比;fj表示j能源的CO2排放系数，tCO2/tce。

（1）农业投入品生产能耗量及能源结构:假设技术锁定，以“十一五”期间平均能耗水平推算1996－2005年各产品生产化石能源消费量。①农药:生产1 t农药能耗约3 tce［10］;②农膜:生产 1t聚乙烯消耗 1.009 t乙烯，521 kWh电力，“十一五”吨乙烯生产平均综合能耗为1 007 kgce，即生产1t农膜能耗1.12 tce;③农业机械折旧:农业机械用材90%为钢铁，以钢铁能耗核算。农业机械钢铁用量由各类农机使用年限、数量及重量计算。“十一五”吨钢综合能耗707 kgce/t;④化肥:按氮、磷、钾肥分别计算。磷、钾肥生产以电力消耗为主，每生产1 t P2O5、1 t K2O分别消耗2 512 kWh、2 225 kWh。氮肥生产根据氮肥种类、大中小型企业比例及产品单耗、能源结构综合估算1 t氮肥（折纯）生产排放 6.49 tCO2［11］。根据各年氮、磷、钾肥消费结构推算化肥生产温室气体排放［12］;⑤饲料:生产能耗包含在“农副食品加工业”统计中。

农药、农膜生产能源结构对应能源统计的化学原料及化学制品制造业，农业机械折旧能源结构对应黑色金属冶炼及压延加工业。

（2）农场/农户生产能耗量及能源结构:能源统计综合能源平衡表的农、林、牧、渔业终端消费量。

（3）加工制造能耗量及能源结构:能源统计的农副食品加工业、食品制造业、饮料制造业、烟草制品业能源消费量。

（4）烹饪能耗量及能源结构:清华大学建筑节能中心数据，我国每平方米建筑面积每年用于炊事的能耗量为1.5 kgce。城市能源结构以天然气为主，农村仅考虑商品能源消耗部分（不包括秸秆薪柴），能源结构对应能源统计综合能源平衡表的农村生活用能。

（5）分销配销能耗量及能源结构:缺乏直接统计数据，采用“投入产出法”的直接消耗系数和完全消耗系数计算各环节能耗系数［13－14］。计算农林牧渔水利业、农副食品加工业、食品制造业、饮料制造业、烟草制品业5大行业（16个子行业）的交通运输仓储相关的能耗，能源结构以油品为主。

1.2.2 非能源相关CO2、CH4和N2O 排放

化肥施用过程 CO2、N2O排放、畜禽养殖肠胃发酵CH4排放、粪便管理过程CH4、N2O排放均采用IPCC温室气体排放清单推荐方法1核算［15］。我国水稻CH4排放，2000 年以前为5.79 t CH4，2000 年以后约为6.25 t CH4［16］。化肥生产 N2O排放:1 t硝铵（折纯）生产排放 N2O约4.12 t CO2－eq［17］。1 t CH4温室效应相当于 25 t CO2－eq，1 t N2O温室效应相当于298 t CO2－eq排放。

能源数据来自2009－2011年的《中国能源统计年鉴》，农业生产数据来自1996－2011年《中国农业年鉴》。

2 结果

2.1 食物全生命周期温室气体排放特征分析

1996－2010年我国食物消费全生命周期温室气体排放情况见表1。我国食物全生命周期温室气体排放量从1 287 Mt CO2－eq增至 1 605 Mt CO2－eq，年均增长 1.6% 。总体上，我国人均食物全生命周期排放量相对较低。从1996年 1.05 t CO2－eq/人增至 2010 年为 1.20 t CO2－eq/人，远低于英国人均排放的 2.7 t CO2－eq/人、美国的 3.1 － 5.1 t CO2－eq/人。

（1）从食物全生命周期环节角度分析，我国食物全生命周期温室气体排放在投入品生产环节和农场/农户生产环节比例偏高，而食物分销配销及烹饪环节排放比例较低（见表2）。我国农业投入品生产环节排放占19% －21%，年均增速达2.5%，其中2010年化肥生产排放占17.8%，远高于发达国家。美国投入品生产排放比重仅为8.5%，化肥生产排放占3.3%，英国化肥生产排放仅占1.7% －4% ，全球化肥生产排放占比在 4% 左右［1，4，18］;农场/农户生产环节温室气体排放占食物全生命周期的64%，年均增长1%，美国、英国该环节排放均不到40%;分销配销环节排放占2.2%，烹饪排放占4.8%，远低于发达国家水平;尽管加工制造环节排放占比与发达国家相当，但食物加工转换率仅60%，远低于发达国家90%以上的水平。

（2）从温室气体排放类型看，能源相关CO2排放量从1996 年的 461 Mt CO2－eq增至 2010 年的 696 Mt CO2－eq，增长了51%，占食物全生命周期排放比例从36%提高到43%;CH4排放量基本稳定在408 Mt CO2－eq左右，占食物全生命周期排放量的25%;N2O排放量为490 Mt CO2－eq，占食物消费全生命周期排放量的31%，比1996年增长了19%。N2O排放增长主要来自氮肥施用，氮肥施用排放增长了32%。对比表2中温室气体类型构成，我国CO2排放占比远低于发达国家。

（3）从温室气体直接排放源看，化肥和畜禽养殖两大来源各占30%左右，水稻种植排放占10%。2010年化肥相关排放达518 Mt CO2－eq，呈快速增长态势，比1996年增长了 32%;畜禽养殖排放相对稳定，2010年为 499 Mt CO2－eq。

2.2 不同类型食物温室气体排放效应分析

考虑投入品生产和农场/农户生产环节，各类食物温室气体排放系数见图2。随着生产水平的提高，我国温室气体排放系数均呈下降趋势。动物性食物的温室气体排放系数明显高于植物性食物。动物性食物排放系数包含饲料粮消耗带来的温室气体排放，各类食物饲料消耗量根据文献资料计算［20－22］。2010年，肉类温室气体排放系数较高，为 6.41 kgCO2－eq/kg，以牛肉、羊肉排放系数较高。植物性食物以粮食作物最高1.11 kgCO2－eq/kg，蔬菜最低0.17 kgCO2－eq/kg。

与美国相比，除养殖水产、羊肉、肉类外，其他动物性食物温室气体排放系数均高于美国，主要是我国饲养水平与美国还有一定的差距，饲养周期相对较长［6］。肉类排放系数略低于美国是由于肉类消费结构不同造成的。美国肉类消费中47%为禽肉，29%为牛肉，24%为猪肉，1%为羊肉。而我国2010年肉类消费中63%为猪肉，禽肉占22%、牛肉占8%和羊肉占5%。我国肉类消费中高排放的牛羊肉占比仅13%，而美国为30%。

表1 1996－2010年食物全生命周期温室气体排放情况Tab.1 The greenhouse gases emission of food during the life circle in 1996－2010

表2 食物全生命周期温室气体排放构成国际比较Tab.2 International comparison of the greenhouse gases emission composition of food during the life circle

植物性食物中经济作物、蔬菜的温室气体排放系数低于美国，主要是我国种植业农业机械化程度远低于美国。由于我国水稻种植面积较大，水稻产量占粮食产量的36%，导致粮食作物排放系数高于美国（美国水稻种植面积仅5%左右）。

图2 不同类型食物温室气体排放效应Fig.2 The greenhouse gases emission coefficient of different kinds of food

3 讨论

尽管目前我国食物全生命周期人均温室气体排放相对较低，但未来的发展趋势和排放贡献不容忽视，面临的问题更加错综复杂。我国人口是美国的4.3倍，耕地资源、水资源分别是美国的71%、99%，美国式的发展道路将带来温室气体排放的剧增和资源的过度消耗。在这种情况下，需要理性的选择适合我国国情的食物生产和消费的发展道路，调整发展战略，而不能将农业温室气体减排的任务全部依赖于技术进步。

3.1 饮食结构转变对温室气体排放的影响

我国食物消费中，肉类为主导的动物性食物消费量日趋增长，替代粮食消费作用明显。1996－2009年，我国人均肉类消费从38 kg/人增至58 kg/人，同期粮食消费量从170 kg/人降至 151 kg/人。

表3对比了不同饮食结构情景下的温室气体排放变化。2009年基线情景下，我国人均食物消费总量683 kg/人，全生命周期温室气体排放为1 256 MtCO2－eq，动物性食物以20%的消费量占比贡献了58%的温室气体排放，其中肉类排放占42%。2009年我国饲料粮消费量为164 kg/人，约排放 181 MtCO2－eq温室气体。

从历史发展趋势及我国未来农业发展规划分析，我国肉类、蛋奶水产等消费量还将持续增长，正迈向以美国为代表的肉类高消费行列。若我国人均食物消费量保持不变，饮食结构向美国看齐，则温室气体排放激增至2 133 MtCO2－eq，其中动物性食物消费量占55%，贡献了81%的温室气体排放量。动物性食物消费比例提高不仅增加畜禽养殖排放，还将带来额外的化肥投入排放，随着粮食产量需求的增加，化肥消费量呈增长趋势，化肥相关温室气体比基线情景增长了41%。在趋势情景下饲料粮消费量为 301 kg/人，排放 389 MtCO2－eq温室气体。

基线情景和潜在趋势情景下的饮食结构与营养目标均不协调，肉类消费量高达《中国居民膳食指南（2011）》中平衡营养膳食宝塔上限的2－4倍。肉类过量消费极大地增加温室气体排放，且增加肥胖病、高血脂、冠心病、糖尿病甚至癌症的患病几率。按照平衡营养膳食的饮食结构，人均食物消费量685 kg/人，全生命周期温室气体排放1 198 MtCO2－eq，比基线情景低5%，比潜在趋势情景低44%。动物性食物消费量比例比基线情景提高8%，而温室气体排放贡献下降了3%。营养均衡情景下饲料粮消费量下降至为139 kg/人，排放156 MtCO2－eq温室气体。

3.2 农业生产方式转变对温室气体排放的影响

我国农业发展依然遵循着美国“石油农业”的发展路径，化肥高投入特征极为显著，且增长趋势未有缓解。我国单位耕地面积化肥施用量从1996年295 kg/hm2增加到2010年的457 kg/hm2，远超国际公认安全线225 kg/hm2，是2009年美国的4.2倍。化肥高投入带来巨大的温室气体排放;另一方面，农业本是具有固碳功能的典型的低碳产业，但化肥的大量施用导致土壤自然肥力不断下降，有机质含量下降，农业固碳功能不断减弱，农业逐渐由“碳汇”变成“碳源”。因此，恢复农业低碳本质，探索一条可持续的农业生产和食物供应的发展道路，从生产方式上实现根本转变。世界范围内也已经开始反思“石油农业”发展模式带来的环境影响，有机农业发展模式开始兴起。

有机农业在减少农业温室气体排放和增加土壤碳汇方面均具有显著优势，这与温室气体减排和低碳发展的要求不谋而合。有机农业摒弃了化肥、农药、生长调节剂和畜禽饲料添加剂等，减少了投入品生产的能源相关CO2排放，同时减少化肥施用过程的N2O排放;有机农业是将畜牧业和种植业有机结合的系统，将畜牧业产生的粪便废弃物作为种植业有价值的肥料，采用有机肥、有机饲料满足作物、畜禽的营养需求，达到减少CO2、CH4、N2O的效果。已有实践证明，采用有机农业生产方式的农场和养殖场温室气体排放量比传统农业减少14% －18%;而单位重量有机农产品温室气体排放比传统农业减少6% －41%［23］;尽管是长期漫长的过程，有机农业在维持或增加土壤有机质含量方面效果显著。美国有机农场土壤有机质含量比传统农场高 14%［24］。

表3 不同饮食结构情景下食物全生命周期温室气体排放情况Tab.3 The greenhouse gases emission of food during the life circle under different diet structure scenarios

从现有传统农业模式向有机农业生产方式转变面临一定挑战。Badgley对293个农场的模拟结果显示，有机农业产量是传统农业的92%，但对于水资源缺乏的地区，133个研究结果显示出有机农业产量比传统农业高出80%［25］。部分农场调查显示有机农业产量是传统农业的54%－98%，巨大的差异暗示着需要更好的技术转移来实现有机农业的产量的提升［23］。因此，在有机农业耕作技术提高的基础上，利用少量的产量损失换取温室气体和污染排放的减少及土壤质量改善是完全值得的。

全球目前0.9%的耕地面积采用有机农业模式，欧盟5.1%、美国1%，2010年全球有机食品销售产值达到590亿美元，比2000年增长了2倍［26］。对有机食物的需求逐渐增长，源自于健康的饮食需求，由此可见，有机农业在未来发展中大有可为。

3.3 食物浪费导致不必要的温室气体排放

FAO报告显示全球有1/3的食物被浪费掉。由于食物的易腐坏性，食物浪费一方面来自分销配销过程，以低收入发展中国家为代表;另一方面来自餐桌浪费，以欧洲、北美中高等水平收入国家为代表［27］。

食物浪费带来不必要的温室气体排放。分销配销环节的食物浪费意味着额外增加了投入品生产、农场/农户生产两大环节温室气体排放，而餐桌浪费则额外增加了包含五大环节在内的食物全生命周期温室气体排放。英国每年餐桌食物浪费 530万 t，带来的温室气体排放20 MtCO2－eq，占全国的 3%;欧盟食物浪费降低一半可减少5%的温室气体排放［28］。

目前，我国食物浪费表现为分销配销损失和餐桌浪费的复合形式。我国易腐食品冷链运输发展的滞后，导致食物分销配销过程中损失巨大。水果、蔬菜等农副产品损失率高达25% －30%，而美国仅为1% －2%，日本在5%左右［29］。我国每年粮食产后仅储藏、运输、加工等环节损失浪费总量达350亿kg以上，相当于2亿亩耕地的产量。另一方面，我国餐桌食物浪费现象也与日俱增，全国餐饮业餐桌上的浪费从2004年600亿元飙升至2010年的2 000亿元，2010年餐桌浪费损失金额占当年食物消费总支出的3.2%。食物浪费导致的不必要的温室气体排放不容忽视。

4 结论与建议

2010年，我国食物全生命周期温室气体排放1 605 MtCO2－eq，比1996年增长了25%。从排放环节看，农场/农户生产环节增长缓慢，排放占食物全生命周期排放的65%，农业投入品生产环节排放占21%，呈快速增长态势;从温室气体类型看，能源相关CO2排放占43%，CH4排放占25%，N2O排放占31%。CH4排放相对稳定，N2O排放增长主要来自氮肥施用量的增长;从温室气体直接排放源看，化肥和畜禽养殖排放各占30%左右，化肥相关排放呈快速增长态势，畜禽养殖排放相对稳定。各类型食物温室气体排放系数以肉类最高，分别是粮食作物的7倍、蔬菜的38倍。

我国人均食物全生命周期温室气体排放为1.20 tCO2－eq/人，远低于发达国家。但我国目前食物生产和消费的三大趋势将进一步增加温室气体排放。一是饮食结构的转变，以肉类为代表的动物性食物消费增长为特征导致温室气体排放增加。我国在人均食物摄入量不变的情况下，饮食结构与美国一致，温室气体排放量增长70%。并且为满足动物性食物生产需要消耗大量的饲料粮，从而增加44%化肥施用投入;二是以化肥高投入为典型特征的传统农业生产模式，带来大量的温室气体排放。我国仅化肥投入就贡献了食物全生命周期排放的32%，并且导致农业固碳功能不断减弱;三是我国食物浪费严重，分销配销过程损失巨大，餐桌浪费现象与日俱增，带来不必要的温室气体排放。

上述三大趋势除增加温室气体排放外，同时也带来其他一系列的问题。饮食结构转变增加肥胖病、高血脂、冠心病、糖尿病甚至癌症的患病几率;化肥高投入的传统农业生产方式导致土壤、水体面源污染严重，农产品安全受到威胁;食物浪费导致资源过度消耗，并且成为危及国家粮食安全主要因素。因此，我国食品生产和消费不能单纯依靠技术的提高减少资源的消耗和温室气体的排放，发展方式不能照搬美国模式。应当理性的选择适合我国国情的食物生产和消费的发展道路。从消费观念上倡导健康消费，转变食物消费方式，实现均衡营养膳食，减少不必要的肉类消费，避免肉类生产盲目增长;生产方式上逐步实现从传统农业向有机农业的转变;加强宣传引导，最大限度减少食物餐桌浪费，同时加强食物物流环节基础设施建设，将分销配销过程的损耗降至最低。通过食物生产和消费方式的转变与技术进步相结合，构建出适于我国的绿色、低碳、可持续的农业发展模式。

（编辑:刘照胜）

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