亮文解读 | 利用牲畜促进循环食品系统
发布时间：2022-09-01
发布人：石 靓
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Integrating Crop and Livestock Production Systems
专 辑 文 章 介 绍
· 第十四篇 ·
▎论文ID
Leveraging livestock to promote a circular food system
douzheng@vet.upenn.edu
Cite this article :
Zhengxia DOU. LEVERAGING LIVESTOCK TO PROMOTE A CIRCULAR FOOD SYSTEM. Front. Agr. Sci. Eng., 2021, 8(1）: 188‒192 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2020370
1. 强调牲畜的独特功能，即回收食物生产系统中的废弃物和副产物。
2. 通过牲畜消化剩余生物质并回收用于粮食生产，为改善资源利用、减少污染和提高粮食系统效率提供了一条可行的途径。
畜牧业为全世界人类社会提供了多方面服务。在发展中国家，牲畜是农村贫困人口的重要资产，它们为人们提供了营养丰富的食物。在发达国家，对动物源性食品需求的增长放缓，为实现可持续发展，人们越来越关注畜牧业在循环食品系统中的作用。本文着重分析发达国家的现代粮食系统，旨在强调牲畜的独特功能，它可以帮助人们重新获取和升级食物链中产生的作物和食物残渣（这些作物和食物残渣原本不适合人类食用）。首先，根据其特性和潜在饲喂属性，将这些无法利用的作物和食物残渣材料分为三种类型。以美国为例，本文阐述了已经用于常规动物饲养的生物质材料的数量和未充分利用废弃物的数量。然后，本文讨论了未来亟需的研究和技术开发。在可持续发展的背景下，本文说明了通过利用牲畜将废弃物和副产物进行回收利用的潜力，为改善资源利用效率，减少污染和提高粮食系统效率提供了可行的途径。
农业的主要功能是生产食物、纤维和燃料以满足人类的需求。畜牧业是现代农业和粮食系统的重要组成部分，具有双重作用：（1）为人类生产营养丰富的食物，如肉类、牛奶和鸡蛋，这对世界贫困人口尤为重要；（2）牲畜可以将不适合人类食用的作物和食物残渣作为食物，从而最大化利用已经生产的生物质能，以降低资源、环境和气候负担。利用牲畜对废弃物进行回收利用是循环食品系统的本质，旨在从现有生物质中获取最大价值以满足人类需求。随着不断增长的人口对食物的需求，特别是发展中国家对动物源性食品的需求激增，利用牲畜提高粮食系统效率和促进粮食系统循环势在必行。
从农场到餐桌的过程现代食物系统产生了大量残余的生物质。例如，在制作果汁时，大约50%–70%的橙子果肉会被浪费。在美国，每年有4–7兆吨橙子用于果汁制作，剩余果肉重量达到2–4兆吨。一些非粮食生产系统还会产生大量的植物生物质材料。例如，美国乙醇行业生产的废弃物干酒糟和一些可溶性废料，每年可达到4400兆吨。各种食品-饮料-纤维-生物燃料残留物通常是人类不易消化、难以食用或不需要的生物质。这些残留物仍然富含卡路里、蛋白质和矿物质等营养物质，因此它们具有相当大的回收价值，重新利用这些废弃物中所包含的营养物质，将是非常可取的。
利用牲畜是实现有效回收废弃物这一目标的理想途径。作为天然的生物处理器，牲畜与生俱来拥有可以消化各种类型生物质的能力，并获取其中的营养物质用于生长、生存和生产。在世界各国历史上，牲畜最大限度地利用废弃物（如作物残渣或食物残渣）。然而，现代食品系统具有复杂性和多变性，是农业集约化、食品加工/制造的专业化和经济全球化共同作物的结果。畜牧业和作物种植业的脱钩不仅改变了长期以来粪肥还田的传统，各种废弃物未能得到有效再利用。但这种脱钩并不意味着完全割断牲畜对社会的服务。事实上，来自农作物和食品加工行业的大量残留物（作为副产品）已被开发成除了工业副产品之外的商业饲料，还有各种作物残留物或食物残渣的循环利用，如将未售出的水果和蔬菜用于饲养奶牛（图1）。从食品系统的角度来看，牲畜-作物一体化在很大程度上保持了废弃物回收利用的功能。然而，在食品供应链的消费阶段，产生的大量副产物和废弃物仍然未得到充分利用或被浪费，将这些材料作为饲料资源充分利用而不是进行填埋处理是有效的变革手段。
图1 一个位于中国的奶牛场和两个位于美国宾夕法尼亚州的奶牛场饲养奶牛的植物性残留生物质（豆腐制作、茶叶制作、大蒜包装、棉籽和甜菜干颗粒粕的残留物）
类型1：食品-饮料-纤维-生物燃料加工残留物
这些残留物是原材料的组成部分，但由于食物文化、传统或当前的加工技术，橙浆、棉籽、来自玉米乙醇工业的干酒糟和一些可溶性废料等不适合人类食用。大型加工设施通常将一些不适合人类直接食用的废料加工成为动物饲料。此类饲料易于处理，符合饲养标准和安全规定，保质期较长。这种高质量的饲料已获广泛认可，且被纳入动物饲养计划，有助于提高现代乳制品、牛肉、猪肉和家禽业务的生产力。
食品零售-分销丢弃物（也被称为消费前食品丢弃物或废物）。这种类型的废弃物在食品产业链消费阶段的最前沿产生，如超市、各种零售和批发中心。与类型1材料不同的是，类型2材料对人类而言基本上是不可食用的（不可消化和/或不可入口），类型2材料供人类消费，但由于各种原因变得不可销售。类型2食品丢弃物出现在许多商店或其他地点，通常是各种性质或形式的食品混合物，例如，植物或动物产品、未加工的或已加工的、包装的或散装的。这类食品弃置物通常在成分和营养属性上有所不同。营养成分的不确定性和不可预测性成为了将其加工成饲料的重大挑战，将废弃物进行分离和进一步处理以应对这一挑战颇具潜力。有现实证据表明，未售出的新鲜水果和蔬菜在奶牛场得到了有效利用（图1）。然而，这种做法仅可能是个案，而未能在发达经济体中广泛应用。
食物浪费发生在食品服务场所和家庭环境中。与上述类型1和类型2材料相比，数亿餐馆和家庭产生了食物浪费，类似于非点源养分污染水道的概念。通常情况下，食物垃圾是各种材料的混合物，包括煮熟或未煮熟的、完整的或残余物、可食用的或不可食用的、动物或植物产品、甚至是工业产品中的混合物。将动物不可食用的废弃物与可食用废弃物进行分离是未来研究的重大挑战。
显然，畜牧业能够有效回收废弃物的同时提供肉类、奶类和蛋类等动物产品。畜牧业在促进循环粮食系统发展并实现可持续粮食生产系统方面至关重要。然而，利用牲畜进行废弃物回收仍然存在一些可以提升的方面包括：（1）小型加工设施产生15–25兆吨食品和饮料加工残余物（类型1），假定约为类型一废弃物中的15%–25%；（2）30–35兆吨被消费前的食品废弃物（类型2）；（3）60–70兆吨食物垃圾（类型3）。综上所述，美国每年大约产生1.05–1.30亿吨废弃物和副产物，可以被回收利用作为潜在的饲料。美国的情况与许多其他发达经济体类似。
一万多年前对农场动物的驯化使人类能够扩展其获取食物的能力以应对食物短缺和饥饿，因为这些动物有助于最大限度地利用原始生态系统中的生物质。今天，农业生产水平已经得到很大的提高，但人类依然面临前所未有的多维挑战，例如发展中经济体对动物产品（例如肉、奶和蛋）的需求不断增长，但这也加剧了水污染和土壤退化、气候变化和对不可持续资源的竞争。利用牲畜最大限度地回收食物生产系统中产生的废弃物和副产物是实现可持续发展的可行途径。
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