摘要：随着全球肉类食品需求的增加，在此类食品生产各环节涉及能源和物质投入的同时，也伴随着大量温室气体的排放，基于生命周期理论对肉类食品生产的碳足迹进行分析对于碳标签在中国的应用及食品碳排放具有重要的约束意义。发达国家在此方面已经进行了前沿的理论研究和实践探索，而我国仍处于起步阶段。本文旨在衡量三种主要肉类食品即牛肉、猪肉、鸡肉在世界主要出口大国如澳大利亚、巴西、日本等国的温室气体（GHG）排放数据（也称碳足迹），以生命周期理论为基础，利用这些国家的研究方法，计算肉类食品系统链的GHG排放数据、探索生命周期理论在计算碳排放的优点和限制，发掘此种方法应用在碳标签上的前景，使消费者增强产品生产对环境影响的意识，以期实现碳减排目标方面产生实质性的作用，同时探索碳标签在引导食品消费上的应用前景，这也成为我国探寻碳标签制度进一步发展的驱动力。
关键词：生命周期理论，肉类食品，碳标签，碳足迹，系统边界
全球人口的快速增长不仅引发了人们对能源、材料的加速需求，而且为了应对人口增长保证粮食安全，全球食品生产的需求也不断增加，世界农业面临着巨大的压力。同时，随着经济发展，越来越多的国家对于诸如肉类等高附加值的食品需求不断增加，使畜牧业的发展对环境产生了重大影响：一方面畜牧业是土地污染的主要来源，畜产品养殖过程中产生的有机物、病原体和毒素首先进入土壤，然后随大气循环流入湖泊和河流；另一方面，为了扩大可以用于畜牧养殖的土地面积，大量的森林遭到砍伐，导致了利用光合作用分解二氧化碳的森林面积的大量减少。联合国粮食及农业组织（UNFAO）2006年公布的三种最常见的温室气体为二氧化碳(CO2)、甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O），肉类食品产生的三种气体中CO2占所有人为CO2排放量的9%，CH4排放量占37%，N2O排放量占65%。牲畜产生的肥料是产生N2O的主体，而CH4主要来于碳水化合物在反刍动物体内消化的肠内发酵过程。与此同时，根据联合国粮食与农业组织的调查显示年度人均肉类消费量的增长变化，在1980年至2002年间翻了一番，从人均每年14kg上升至每年28kg。发达国家对肉类的需求预计将保持相对稳定，但是发展中国家的肉类需求预计将成倍增长，到2030年人均年肉类消费需求将达到37kg。
1 利用生命周期理论分析肉类食品碳足迹的重要性
利用生命周期法分析温室气体排放，可以在完整的食品链温室气体排放清单的基础上生成一种比较系统和综合地进行环境影响测评的手段。针对食品碳排放研究方法大致可分为三种：第一种是利用食物碳折算系数法分析居民食物碳消费的现状和变化；第二种是以物质投入为视角的食品消费综合碳排放研究，食品消费周期中能源、化学品等物质投入进行分析；第三种是利用宏观数据对于食品系统链中食品消费碳排放进行分析和测算。而利用生命周期评价法是最为直接、全面的，该分析法确定了所有涉及到生产、消费和废弃物处理的活动，分析了这些活动中相关的能源和物质需求，并且评估产品生命周期的温室气体排放。其分析结果可以作为信息反映在温室气体排放标签即碳标签上，有助于消费者做出更加明智的消费选择，也有助于食品生产者低碳生产信心的建立。
中国作为人口总数世界第一的大国，更加渴望顺应绿色生态经济发展潮流，大力发展碳减排。但是同时我们也要面对现实，碳足迹信息系统的建立和碳标签制度的应用在我国仍处于发展阶段。本文不针对某一特定农业部分做评估，而是把目标和范围锁定在世界范围主要出口和消费的肉类食品-牛肉、猪肉及鸡肉上，这三种肉类食品也是我国消费者主要选择的肉类食品。选取国外主要生产及出口这三类肉制品的国家为研究对象，深度研究这三种肉类食品在食品系统里体现为农场模式的生产过程，并且完成加工后靠海运的方式运至港口，即整个食品生产从“摇篮”到“大门”全过程的温室气体排放。
2 中国肉类食品及进口肉类食品消费持续增长
随着经济的发展，人民收入水平的提高和中国城镇化进程，我国食品消费数量不断的持续增长，人们的食品消费模式也随之变化：1985至1995年，我国人均肉类消费从16.6kg增加到33.5kg，增加了16.9 kg；1995至2005年，人们对于肉类食品的需求不断增加，十年间共计增加了25.7kg；最近十年，我国食品消费随着从温饱型到数量型再到质量型转变，人们对于肉类食品的消费增加幅度减少，趋于稳定。根据中国国家统计局数据及中国产业信息网数据整理（图1），2014年中国年度肉类消费量为人均63.6kg，远高于全球平均水平，但低于美国等其他发达国家，在2014年，美国的肉类消费达到了人均106.5kg（美国肉类协会，2015）。根据图1统计，近两年来，我国主要的食品消费集中在以大米、小麦为主的谷物，其次为猪肉、牛肉，以蛋、禽肉为主的家禽类等。我国是农畜产品进口大国，近年来肉类食品进口量也大幅度增加，2015年我国肉类进口268.4万吨，比2014年的244.2万吨增加了24.2万吨，增长9.9%。其中，猪肉进口155.5万吨，比上年增加17.8万吨，增长12.9%；牛肉进口49.48万吨，比上年增加17.8万吨，增长56.5%。
图1 近三十年来我国人均肉类消费
本文不是针对某一特定农业部分做评估，而是把目标和范围定在我国及其它国家主要消费的肉类食品-牛肉、猪肉及鸡肉上，选取国外主要生产及出口这三类肉制品的国家为研究对象，针对三种不同的肉类食物的调查，每种肉类生产的生命周期中系统边界将分别展示出来-从农场生产开始到食品货物运送至进口国。同时，由于温室气体排放的功能单元选择对碳排放结果的解释有重要意义，本文大部分情况下描述排放量用生产每公斤肉类所产生的CO2总排量来计算。为了深入比较分析，三种肉类食品的碳足迹也将横向比较分析展示。
3 三种主要肉类碳足迹系统边界背景分析
3.1 牛肉生产碳足迹系统边界背景分析
对牛肉生产中碳足迹的研究结果取自出口量较大的、有代表性的四个国家：加拿大出产的牛肉；美国中西部地区的农场出产的牛肉；日本的奶牛、小牛、牛肉系统生产的牛肉分析；巴西的畜牧企业出产的牛肉。所有牛肉生产的通用系统边界情况见图2。
图2 牛肉生产的通用系统边界
牛肉生产体系主要由两个部分组成-牛犊饲养阶段和肉牛饲养阶段。加拿大学者BeauCHemiN等人对于加拿大的牛肉生产体系碳排放进行了8年的持续调查研究，其研究成果已经广泛应用于加拿大西部的畜牧业系统：对于牛肉生产碳排放的观测从牛犊饲养开始，在肉类生产环节持续，直到肉牛被屠宰结束，在整个饲养阶段，需要大量饲料喂养及草场放牧，当肉牛的体重达到约605kg左右时被送去屠宰场进行屠宰加工。美国中西部地区农场的肉牛饲养以豆类、牧场饲料和干草为主要原料，当肉牛体重达到平均636kg时被送去屠宰场进行宰杀，在这整个阶段内的累积能耗以CO2和N2O为主的温室气体排放和与氮类化肥有关的其他污染排放作为相关的污染指标。在日本，牛犊的饲养需要约14个月，其中包括9个月的母牛产仔期和5个月的哺乳期，牛犊从8个月大开始育肥直到26个月出栏上市。日本学者研究强调，牛肉生产系统中生产的废物特别是N2O等含氮类废弃物会造成全球气候变暖。巴西学者Cederberg等在2011年研究了连续在巴西农业系统中的放牧的牛肉产量，巴西牛平均产犊间隔为21个月，牛的屠宰的平均年龄为4岁，平均体重为200公斤，牛的排泄物中氮的含量可以作为其N2O排放计算依据。
3.2 猪肉生产碳足迹系统边界背景分析
对猪肉生产碳足迹的研究，主要选取了澳大利亚和加拿大作为研究对象。WiedemaNN等人在2010年先后在澳大利亚东部的昆士兰州和新南威尔士州两个州进行了猪肉生产供应链调查：在这两个地区的生猪饲养场，新生仔猪在出生3周后断奶，然后被转移到仔猪养殖房；再经过3周的养殖会被移到成猪养殖房进行约6周的饲养，上市的成熟猪体重平均为96.9公斤。WiedemaNN等研究发现，主要的资源利用和环境问题例如能源使用和温室气体排放相关问题都与澳大利亚猪肉供应链有联系。除此之外，根据1991～2011期间加拿大养猪业的温室气体排放量的研究，加拿大的饲养场通常是饲喂谷物和油籽作物的普通场地，并不会细分仔猪和成猪分别饲养，在饲养过程中生产的CO2、N2O和CH4等温室气体，以及养殖设施维护和用作动物饲料的农作物生产的GHG排放量均要纳入碳足迹的分析。
3.3 鸡肉生产碳足迹系统边界背景分析
目前世界各国市场上的鸡肉都以家禽养殖场供应为主，选取养殖系统较为先进的芬兰和传统工业化肉鸡饲养为主的巴西和阿根廷为例进行系统边界分析，对于家禽养殖场低碳化管理有重要的约束意义。Katajajuuj等收集了芬兰赫尔辛基肉鸡生产网络上的20个农场，进行数据分析研究，包括鸡饲料种植生产、肥料管理、饲料运输和仔鸡鸡舍使用及暖房使用、肉鸡屠宰，这些供应链不同阶段的温室气体排放是通过反映在芬兰输电线路数据中的农场的电力消耗值进行计算的。在巴西及阿根廷，根据典型的传统农场系统，Da Silva等（2010）利用清单式分析法分析了肉鸡生产链中从摇篮到上市前的整个过程，此类产品生命周期研究包括从饲料种植起，一直到肉鸡进入屠宰场为止，并用此方法进行主要碳足迹分析。
4 国外主要肉类生产碳足迹分析
4.1 牛肉生产总体碳足迹
根据对加拿大、美国、日本和巴西牛肉生产碳足迹系统边界的分析，四国的牛肉生产的总体碳足迹分析在图3中显示。其研究结果显示美国的牛肉产生碳足迹量最大，超过了36kg，日本牛肉生产碳足迹量较小在26kg左右，图3分析说明了温室气体排放在牛肉生产的各个不同阶段所占的量。
据图3和图4反映出从肉牛育肥饲养到牛肉运输上市的整个过程，温室气体产生的最主要部分是肉牛的肠内发酵，约占其总体碳足迹的43.4%，而其他显著的温室气体排放来源于粪肥管理和饲料生产。由于各个国家的耕作传统的不同，肉牛的饲养方式不同，会产生对环境不同的影响。选择用粗饲料喂养，例如用草料和水稻等喂养的牛，比集中喂养细饲料如米和小麦麸皮牛会产生更多的肠内发酵排放，如果选择了在牛犊的育肥结束后采用集中喂养的方法，这比放牧的方式更可以减少温室气体的排放。
图3 不同国家各阶段中生产每公斤牛肉产生的CO2量
比较四个国家的饲养方式，饲养场系统是对全球气候变暖影响最低的饲养系统，而采用放牧饲养产生的温室气体排放量最大。育肥和饲料生产在肉牛饲养全过程是高能耗阶段，因为这两个阶段需要机械、农药和化肥的综合应用，同时也会涉及到加工和运输。相较于美国而言，日本牛肉生产的碳排放总量较低，这可以归功于日本采用的母牛和牛犊的独立的饲养系统而不是混养的方法。除此之外，育肥阶段的时间控制对温室气体排放水平也有影响。通过缩短饲养时间，把肉牛的出栏时间从28个月缩至26个月，牛肉生产的温室气体排放量可以从20.6kg减少到19.7kg。
图4 牛肉生产不同阶段所占的碳排放比例（根据图3整理）
相比较于饲养阶段，牛肉加工和牛肉产品的运输对温室气体排放所占的比例分别为5.4%和3.5%。如果鼓励肉牛饲养场选址在小麦和大米的原产农场附近，同样可以减少温室气体排放，这样做一是采用距离较近的地区出产的饲料会使运输碳排放减少，二是小麦和水稻秸秆可以从牛粪中交换堆肥，采取这种方法可以使碳排放量减少22.2%～27.4%。
4.2 猪肉生产总体碳足迹
我们以澳大利亚和加拿大的猪肉生产为例，澳大利亚两个地区的生产猪肉的碳足迹分别为5.48kg和3.39kg，在加拿大为每公斤3.94kg。每个阶段的碳排放产生比例具体参见图5。
图5 不同国家各阶段生产每公斤猪肉产生的CO2量
从图5中分析，猪肉生产过程的粪便管理是其温室气体排放的最大来源，所占的碳足迹比例25.0%～64.5%之间。在澳大利亚北部的猪肉生产系统中，粪便等垃圾会被直接投入到污水处理池中，这种处理方式会产生大量的甲烷，虽然部分甲烷气体可以通过池塘覆盖和甲烷燃烧得到缓解，但是这样做仍然会生成大量的CO2。这种高碳排放的方式可以用降低贮槽温度，以减少细菌活性产生的方式来替换，这种方式还可以产生液体肥料，可以用作耕地肥料，或转化产生沼气用于供热或者生产电力。此外，生猪的饲养场的场房类型也会对粪便管理的温室气体排放产生间接影响：澳大利亚的成功做法是采用深层粪便处理猪舍来代替传统的将粪便流入污水处理厂的漏缝地板的猪舍，这种做法使澳大利亚南部的猪肉生产体系中温室效应潜能值大大下降。
从图5中分析，其它主要的温室气体产生阶段为生猪养殖和饲料生产阶段，平均分别占总体温室气体排放的19.0%和20.6%。猪肉加工和运输对温室气体排放的所占比率比牛肉生产所占略高，分别平均为10.1%和5.6%。然而，相比于粪便管理阶段会因为饲养方式的不同产生不同排量的温室气体，其它阶段并不会因为饲养方不同显示出较大差别，因此，猪肉生产的碳减排应当在优化粪便管理策略上多做努力。
4.3 鸡肉生产总体碳足迹
对于鸡肉生产碳足迹分析的案例来源于美国、巴西及阿根挺，具体总体碳足迹分析见图6。在巴西及阿根廷生产每公斤鸡肉产生2.44～2.97kg的CO2，在芬兰为3.62kg。鸡肉生产过程中的温室气体排放最多的两个阶段为饲料生产和禽鸡养殖，所占比例分为37%～53%及19%～39%。巴西和阿根廷的禽类粪便被用于生产肥料，这样也大大降低了饲料生产过程中的温室气体排放。芬兰利用提高禽舍加热系统的能源利用率使禽鸡养殖的温室气体排放得到有效的控制。对比于牛肉和猪肉的生产，鸡肉加工阶段所产生的温室气体排放是最少的，平均仅占总体碳足迹的7.2%；但是调查案例也表明，鸡肉等家禽肉类运输的能源消耗却比运输其它肉类要多，占到了平均的18.1%，这也说明了尽量消费国内饲养的家禽或是从距离较近的邻国进口鸡肉会很有效地降低运输过程中的碳排放。
图6 不同国家各阶段生产每公斤鸡肉产生的CO2量
4.4 横向比较三种肉类碳足迹量的总结果
综合总结以上三种不同国家生产的肉类不同结果，生产每公斤牛肉、猪肉和鸡肉所产生的碳足迹的比较分析在图7中显示。
分析图7，很明显看到生产牛肉会比猪肉和鸡肉产生更多的碳排放。究其主要原因是由于肉牛的饲养会产生大量的肠道气体发酵，虽然粪便管理阶段是猪肉生产的碳足迹的主要涵盖部分，但是对比起牛肉生产，还是后者对温室气体排放有更高的贡献。在牛肉生产系统链的粪便管理中，每生产1kg牛肉会产生平均6.27kg的CO2，而生产1kg猪肉会产生的平均CO2量为2.24kg。基于温室效应潜能值，对比每公斤肉类产生的温室气体，牛肉对有全球变暖的影响潜力比猪肉多437%，比生产鸡肉多715%。因此，牛肉的消费比猪肉和鸡肉的消费对环境的影响显著得多。
图7 三种肉类生产过程中的碳排放横向比较
据新加坡学者TaN等（2014）对于新加坡肉类消费的研究，他们发现尽管生产每公斤牛肉产生的温室气体比猪肉和鸡肉多，但是这种差别和其价格的相关度并不大，反映为牛肉生产的环境成本并没有计算到零售价格中，而相比之下的猪肉和鸡肉的价格与它们对环境的影响的差异表现出更大的密切性。深究原因是美国等发达国家实行高额粮食补贴政策，实际的肉类生产的资源消耗被数额巨大的饲料补贴所弥补，牛肉生产正是这种粮食补贴的主要受益者，在这样的发达国家，牛肉被隐性地过度生产和过度消费了，而这对环境造成了极大的伤害。
5 基于生命周期评价理论的肉类食品碳足迹分析的优势及局限性
产品生命周期理论，产生于上个世纪70年代，最早是用于美国的产品包装的界定和评价，该理论被用于食品生命周期的碳排放测定，目的是把食品从生产、运输、销售到消费的全过程看作一个生命周期系统，由此系统产生的能源消耗及碳排放是可以量化评价的。该理论的实践意义就在于使从原材料到废物处理的整个产品生命周期的碳排放能够定量化和可识别化，以实现预警生产者和消费者的低碳环保目的，这于对于肉类食品从食品系统链碳排放现状出发，观测肉类食品系统链中各节点对碳排放的影响有重要意义。中国借鉴外国经验，做好肉类食品生产环节碳排放量计算，对于减少企业生产源头和生产过程的碳排放，提高能源和资源效率，是实现废物减量化的一种良好方式。
虽然对各国案例分析的结果阐明了温室气体排放与肉类生产的食品生命周期相关，但是用生命周期理论研究食品碳足迹还是存在一些局限性：生命周期研究是以系统边界为研究对象的，但系统边界与不同的参数相关，因此研究结果的绝对值存在不确定性，对于直接测量一个农场的温室气体排放量极其困难。大多数案例中数据收集是基于不同生产阶段的气体排放的总合，因此农场和养殖场的具体情形不同会影响温室气体排放因素，对结果也会产生影响，因此，要采用总体衡量的方案来考虑影响温室气体排放的不同因素及CO2排放总量。
另外，在研究三种肉类食品的碳足迹时，尽量要保证每个方案的系统边界的一致性，要把食品系统链中有关温室气体排放的相关活动都要统计进来，但是由于不同食品的系统边界的复杂性，如养殖场建造及牛犊、仔鸡饲养体现在牛肉和鸡肉生产中就有差异。尽管这些差异不会对研究结果造成重大影响，但是这些差异确实存在。虽然研究结果在绝对意义上不具有可比性，但这种相对比较在阐明食品生产过程碳排放面临的环境问题上是有重要意义的。
利用生命周期理论的肉类碳足迹分析证实了肉类等食品的生产对于环境产生影响，但这种分析也会造成其它反映环境指标的遗漏，例如，碳足迹指标并没有反映酸雨、富营养化和水的资源利用等指标。因此，使用碳足迹指标作为唯一依据而引导消费者做出选择，从严格意义上来讲，只能用于限制全球气候变暖，但对其他环境影响的行为不能做出具体导向。
6 基于生命周期评价理论的肉类食品碳足迹分析及碳标签制度的总结与展望
利用生命周期理论分析温室气体排放是一个复杂的分析过程，用此种方法进行的碳足迹分析需要大量的数据收集和资料支撑。因此，更有效的数据收集方法的发展与碳标签的发展也会起到相关的推动作用。瑞典的马克斯汉堡在碳标签应用方面的成功经验值得借鉴，其成功的原因在于马克斯汉堡的产品都有统一碳标签指标，使得消费者在做购买决策时，方便地考虑每个汉堡相关的碳排放。这说明碳标签的确可以影响消费者的购买决策，但需要有足够的加贴碳标签的产品，利用生命周期理论有助于统一碳标签标识，以便于消费者在第一时间可以做出比较选择。
碳标签作为载有食品系统链中产生的温室气体排放情况的标识，它的基本作用体现在：提供给消费者相应的信息，促进消费者选择低碳生产的食品，及鼓励零售业采购低碳生产食品用以销售。从碳标签制度的发展上来看，应当把碳标签作为帮助人们进行低碳消费选择的重要工具。正如食品包装上营养成份标签从最初的被消费者忽视，到受到重视并在消费者购买习惯偏好中体现，我们也可以预见碳标签在食品上的加贴也可以作为指引消费者的购买行为的指标。例如，2012年由新加坡环境理事会发起的新加坡绿色标签计划为满足要求的产品加贴绿色标签印章，这种绿色印章已经被市场认可并逐步为消费者所接受。
碳标签发展的局限性也限制了碳标签制度的发展。碳标签上的标识信息，特别是数字标识，不能被消费大众完全理解。可以利用基于生命周期理论的食品碳足迹分析理论和应用方法，使因为养殖生产方式的不同，进口来源的原产国家不同等原因，造成相同食品上反映不同的数字在碳标签上反应出来，例如生产1kg牛肉因不同生产运输方式等会产生26.8～38.5kg不同的CO2排放量；对于猪肉生产中至关重要的粪便管理来说，如果优化管理可以使CO2排放量从5.7kg减少到3.3kg，这样的含有生命周期理论的数字结果反映在碳标签上会消除碳标签的外部效应。
除此之外，基于生命周期理论的食品碳足迹分析的研究还应该进一步深入，例如明确肉类食品的生命周期碳排放评价范围，设定其食品系统链不同节点的碳排放评价功能；收集如能源使用、直接排放等通用活动水平数据和排放因子来生成食品系统链的碳排放清单；利用其生命周期中所有活动的材料、能源和废弃物及排放因子构建食品系统链的生命周期碳排放计算评价系统，从肉类食品的全生命周期锁定其真实的碳足迹，从而达到碳标签使用的确定化、精确化，形成科学合理的碳足迹分析及碳标签标识体系。
