中荷AGD项目新作推荐：张福锁院士团队在《Nature Food》上发文揭示我国猪肉供应全生命周期多种环境足迹协同减排机制

2022年12月22日，中荷农业绿色发展交叉创新型人才培养项目（AGD计划）导师侯勇副教授携博士后佟丙辛和中荷AGD项目博士生张玲（并列第一作者）在《自然-食品》(Nature Food)上发表了题为“优化猪肉消费和改善饲料生产技术可降低中国猪肉供应链的环境足迹”(Lower pork consumption and technological change in feed production can reduce the pork supply chain environmental footprint in China) 的研究论文，揭示了全链条技术优化和种养结构调整对于协同减少猪肉供应全生命周期土地利用、温室气体排放、活性氮和磷损失具有重要作用。

文章信息：

中国生产和消费了全球一半的猪肉。过去几千年来，我国生猪养殖通过利用食物副产物，从而具有“循环经济”的特征，但改革开放以来，集约化养殖场的数量和比例大大增加，当前的猪肉生产和消费给中国以及相关的出口国家（猪肉、饲料出口）造成了巨大的环境压力。如何减少这些环境压力已成为迫切需要解决的问题。以往研究主要围绕猪肉生产和粪污管理技术优化措施的环境减排潜力来开展，例如：低蛋白日粮、沼气发酵技术、优化粪污管理等，而对农场养殖结构调整、饲料和猪肉进出口结构调整产生的环境影响研究较少。
 

大规模养殖与传统小规模养殖相比，具有较高的生产力和经济效益，但不一定具有更好的环境表现。小规模养殖场借助周围种植生产的优势，具有更高的粪污还田潜力，通过利用厨余垃圾和食物副产物，从而提高了食物循环利用效率。此外，结构调整和技术优化相结合对猪肉供应链的环境影响如何，目前尚不清楚。
 

因此，本研究基于详细的生命周期足迹和情景分析的方法，进行了广泛的结构调整和生产技术优化分析。按照“中间发展的社会经济路径” (middle-of-the-road socioeconomic pathway, SSP2) 的原则对2050年的猪肉消费进行预测，2050年较2017年中国猪肉供应链的环境足迹将会增加42-52%，综合的技术优化措施可以最大程度地减少磷(72%)和氮(38%)损失，但是温室气体排放(17%)和农业土地利用(17%)的减少幅度并不大。增加猪肉进口可以减少我国环境影响，但是会增加猪肉出口国家的环境影响。为了促进食物副产物的利用和粪污还田，小规模生猪养殖的存在是必要的，这需要更加巧妙地结合农场具体的技术优化措施和结构调整。

 

1. 基准情境下(BAU)，我国猪肉供应链环境代价

按照“中间发展的社会经济路径”(SSP2)的原则，2050年我国猪肉消费量较2017年增加23.0万吨。每公斤猪肉的碳、氮、磷和土地足迹分别增加2.2%、2.4%、7.8%和1.1%，主要归因于我国生猪生产的快速集约化和规模化。由于不同规模农场在饲料使用和粪便管理和利用方面有着截然不同的差异，在2017年和2050年之间，饲料生产所需耕地面积将增加41.7% (从28.0到40.0 Mha),而猪肉供应链的总温室气体排放将增加44.5%、P损失增加52.1%和Nr损失增加44.5%(图1)。
 

图1. 2017年和2050年与中国猪肉供应相关的饲料生产所需耕地面积、温室气体(GHG)排放、活性氮(Nr)和磷(P)损失

 

2. 主要生产技术调整措施的环境影响

增加猪肉进口(S1-1，假设与2017年相比所有额外猪肉需求都将通过进口来满足)使活性氮损失减少11%，磷损失减少27%，但温室气体排放增加23%，所需耕地面积增加36%(图2)。增加饲料进口(S1-3，即大豆进口比例从国内总需求的85%增加到93%)对环境足迹没有实质性影响。由于不同规模养殖场在饲料使用、猪肉生产效率和粪便管理方面存在较大差异，集约化水平(S2)的变化，对环境足迹有显著的影响，相对于2050年BAU情景，小规模生猪养殖占比增加，相应的环境足迹可以降低6-12%(S2-1，S2-2)，而如果生猪养殖都来源于大型养殖场(S2-3)，四种环境足迹都有所增加。
 

通过优化作物生产(S3)、生猪养殖(S4)、以及屠宰废弃物的管理利用(S6)环节在一定程度上影响四种环境足迹，范围分别为-11%至+3%、-24至0%、-6至-7%，而优化粪污管理环节对环境有很大影响，但对所需耕地面积没有影响，C、N、P足迹的减排效果总体按C<N<P的顺序递增。粪便储存和处理的改进(除厌氧消化外)减少了Nr和P的损失，但增加了GHG排放。厌氧消化处理措施结合沼液沼渣的还田利用(S5-3)减少了14%的GHG排放(包括通过生产沼气从而避免化石能源使用所产生的排放)，减少了8%的Nr损失和18%的P损失(沼液沼渣应用于农田可替代1.7 Mt N和1.3 Mt P合成肥料)。总体而言，优化粪肥管理与处理的组合对温室气体排放总量、Nr和P损失的影响最大(S5-6，范围为8-53%)。

 

图2. 在实施技术措施和结构调整后，耕地面积利用、GHG排放、Nr和P损失相对于BAU情景变化(%)

 

3. 种养结构和技术调整措施组合的环境影响

从饲料生产到屠宰废物管理的综合技术优化措施(见图3中SD, SD= S3-4+S4-4+S5-6+S6)大大减少了磷损失(72%)和Nr损失(38%)，并适度减少了温室气体排放(17%)和所需耕地面积(14%)。改善粪肥管理主要减少了Nr和P的损失；GHG排放和耕地面积的减少与饲料产量的提高有很大关系。综合上述全链条的技术优化与农场结构的变化相结合时，环境压力显著降低(见图3中SF, SF= SD+S2-2)。情景SF的分解分析结果表明，相对于2050年BAU情景，集约程度的降低减轻了环境压力，特别是温室气体排放和耕地面积。简而言之，通过技术和农场结构调整的综合措施，总磷损失可减少84%，总Nr损失可减少45%，总温室气体排放可减少28%，所需耕地面积可减少20%(图3)。

图3. 在2050年BAU基线和各种情景下，与中国猪肉供应链相关的所需耕地面积、温室气体(GHG)排放、活性氮(Nr)和磷(P)损失

 

中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队种养一体化平台负责人侯勇副教授为论文通讯作者，博士后佟丙辛和中荷农业绿色发展交叉创新型人才培养项目（中荷专项）博士生张玲为共同第一作者。合作者包括中国农业大学特聘讲座教授、荷兰瓦赫宁根大学Oene Oenema教授、荷兰瓦赫宁根大学Gerard Velthof教授、中荷专项博士生龙维桐、河北农业大学马文奇教授和中国农业大学张福锁院士。该研究得到了国家自然科学基金项目(no. 31772393)、国家科技部重点研发计划(2016YFE0103100)、北京市高精尖学科建设项目、中国农业大学高水平创新团队项目，以及中国国家留学基金委员会和海南大学资助的农业绿色发展项目(no. 201913043)等项目的资助。
 

项目介绍：中荷农业绿色发展交叉创新型人才培养项目（AGD 计划）是由国家留学基金委资助，面向可持续、绿色生态的国家粮食安全重大战略需求，以培养多学科交叉创新、高层次复合型人才为目标的博士生培养计划。该计划依托国际智力资源和先进培养体系，中国农业大学（CAU）与荷兰瓦赫宁根大学(WUR)共建基于AGD 计划的博士生联合培养新模式，共选拔和资助90名优秀硕士生攻读荷兰瓦赫宁根大学博士学位或中国农业大学联合培养博士。AGD计划总体目标是为中国农业可持续发展的转型做贡献，从高资源投入、高环境代价的生产模式转向高养分利用效率、低环境代价的可持续集约化生产模式。项目立足曲周县（示范县），辐射华北平原至全国，探索全国农业绿色发展路径，为实现全球SDGs提供中国样板。
 

原文链接https://doi.org/10.1038/s43016-022-00640-6