師帥++李翠霞++李媚婷??

摘要

全球變暖趨勢日益加劇，不僅影響農業(yè)可持續(xù)發(fā)展，而且威脅到人類生存。畜牧業(yè)碳排放因其在農業(yè)碳排放中乃至全球碳排放中占比較大而日益?zhèn)涫荜P注。準確核算畜牧業(yè)碳排放是制定切實可行的碳減排政策的前提，也為我國在氣候變化下承擔共同但有差別的減排責任提供話語權。本文基于研究范式的演進，對畜牧業(yè)碳排放到碳足跡核算方法的研究發(fā)展進行了系統(tǒng)梳理，研究表明，在學者的不斷研究與質疑下，畜牧業(yè)碳排放到碳足跡的核算方法經歷了從OECD核算法、IPCC系數(shù)法到生命周期法與投入-產出法的演變與完善，學術界認為區(qū)域異質性、養(yǎng)殖規(guī)模與管理方式均影響碳足跡；散養(yǎng)比規(guī)?；B(yǎng)殖產生更多的碳排放，舍飼比戶外放牧排放更多的碳。畜牧業(yè)碳足跡核算能夠更加全面地反映畜牧業(yè)全生命周期的碳排放情況，但由于研究假設、研究方法及研究樣本等差異導致不同區(qū)域、不同畜產品的碳排放核算結果存在不確定性。運用生命周期法和投入-產出法對歐盟成員國畜牧業(yè)碳排放的核算結果基本一致，但運用IPCC系數(shù)法和全生命周期法對中國畜牧業(yè)碳排放核算中，牛、豬和羊的碳排放量排序結果不盡一致。鑒于核算結果的差異性，本研究對不同核算方法的起源、最早采用時間、特點、局限性等方面進行了歸納總結，并建議后續(xù)研究探討基于生命周期評價的畜牧業(yè)碳足跡研究邊界的延伸性，標準化畜牧業(yè)碳排放或碳足跡核算，避免學者重復核算畜牧業(yè)碳排放，以便深入展開畜牧業(yè)碳排放其他方面的研究。

關鍵詞碳排放；碳足跡；生命周期法

中圖分類號F307.3

文獻標識碼A文章編號1002-2104（2017）06-0036-06DOI：10.12062/cpre.20170308

作為全球第二大經濟體和發(fā)展最快的發(fā)展中國家，中國的經濟與碳排放在總量上持續(xù)增長，國際社會要求中國在氣候變化問題上承擔更大的國際責任。全球碳計劃2013年度全球碳排放量數(shù)據(jù)指出中國是碳排放總量最大的國家，占29%，約104.4億t[1]。而2015年發(fā)表于Nature的文章指出中國碳排放量在2000—2013年間被高估了15%[2]。此外，中國承諾將實現(xiàn)溫室氣體排放量在2030年左右達到峰值。因此，準確核算碳排放有利于我國承擔共同但有差別的減排責任。畜牧業(yè)是碳排放的最主要來源，是影響溫室效應最主要的因素。聯(lián)合國糧農組織在《牲畜的巨大陰影：環(huán)境問題與選擇》中指出畜牧業(yè)的溫室氣體排放占全球總排放的18%，高于交通運輸業(yè)的排放量[3]。Robert Goodland研究指出，牲畜及其副產品實際上至少排放了325.64億tCO2e的溫室氣體，占世界總排放的51%，遠遠超過糧農組織先前的估計值[4]。學者對畜牧業(yè)碳排放問題不斷深入探討，認為準確核算畜牧業(yè)碳排放量是制定切實可行的碳減排政策的前提，不同的畜牧業(yè)碳排放核算方法會影響核算結果；畜牧業(yè)碳排放的核算范疇不僅局限于畜牧業(yè)生產環(huán)節(jié)，還應包括畜牧業(yè)的飼料種植、畜產品運輸及消費等環(huán)節(jié)的碳排放情況，即畜牧業(yè)碳足跡。學術界對畜牧業(yè)碳排放及碳足跡核算方法已有研究，但一直比較分散，缺乏系統(tǒng)性總結。因此，本文試圖厘清其發(fā)展脈絡并追蹤其前沿領域，為相關部門制定畜牧業(yè)碳減排政策提供理論依據(jù)，為相關領域學者研究提供經驗借鑒。

1畜牧業(yè)碳排放核算方法

按照畜牧業(yè)碳排放與碳足跡核算方法的演進對其相關研究進行梳理，結果如見圖1所示。

碳排放核算法主要包括排放因子法、質量平衡法和實測法。質量平衡法（MassBalance Approach）根據(jù)每年用于國家生產生活的新化學物質和設備，計算為滿足新設備能力或替換去除氣體而消耗的新化學物質份額。實測法基于排放源的現(xiàn)場實測基礎數(shù)據(jù)，進行匯總從而得到相關碳排放量。目前應用比較廣泛的是碳排放因子法，它依照碳排放清單列表，針對每一種排放源構造其活動數(shù)據(jù)與排放因子，以活動數(shù)據(jù)和排放因子的乘積作為該排放項目的碳排放量估算值[5]。具體到畜牧業(yè)中，即用畜牧業(yè)生產各環(huán)節(jié)的排放系數(shù)乘以相應的度量值（畜禽數(shù)量、糞污質量、耗電量等），整個系統(tǒng)的碳排放量為各環(huán)節(jié)排放量的加總。關鍵的排放系數(shù)，包括腸道發(fā)酵甲烷排放系數(shù)、糞便管理和糞肥田間施用中氧化亞氮的直接和間接排放系數(shù)等主要源于：試驗測算、相關研究結論、IPCC提供的數(shù)據(jù)等。按其演變歷程可以分為OECD法與IPCC系數(shù)法。

1.1OECD核算法

1991年經濟合作與發(fā)展組織（OECD）提供了反芻動物甲烷排放量的簡易估算方法，是畜牧業(yè)碳排放核算初期的簡易方法，僅在上世紀末期被少數(shù)學者使用。董紅敏依據(jù)中國典型反芻動物的采食總能量及Blaxter的公式計算了動物采食能量轉化成甲烷的比例，在3個時間點（1980、1985和 1990 年）分類計算了我國的牛、羊及駱駝的甲烷排放量。由于中國反芻動物飼養(yǎng)及管理粗放、飼料消化率

低、生產力水平低下，對OECD提供的有些公式進行了適當修改[6]。

1.2IPCC系數(shù)法

IPCC系數(shù)法是根據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）公布的碳排放系數(shù)對畜牧業(yè)生產的胃腸道發(fā)酵、舍內外糞污等碳排放進行核算，其核算范疇略優(yōu)于OECD的簡易方法，主要關注畜牧業(yè)生產過程中的碳排放情況，但未考慮畜牧業(yè)生產前端與后端的碳排放。

近二十年，學者不斷核算畜牧業(yè)碳排放的情況并探究相關影響因素。學術界認同甲烷是畜牧業(yè)碳排放的主要來源，80%源于腸道發(fā)酵，剩余源于糞污管理。董紅敏基于張耀民對動物甲烷排放的核算，綜合采用了OECD 和IPCC國家溫室氣體排放清單編制指南的研究方法，估算了我國動物甲烷排放率。結果表明1990年我國反芻動物甲烷排放占全球的7.2%，畜禽糞便甲烷排放占全球的5%。部分學者認為畜禽數(shù)量與碳排放量呈正相關[7]，大型反芻動物飼養(yǎng)量與腸道甲烷排放量成正相關，生豬出欄量與糞便管理甲烷排放呈正相關[8]。由于中國畜禽年均

飼養(yǎng)量下降，尤其是反芻動物下降較大，導致全國畜禽碳排放量總體下降。從區(qū)域上看，內蒙古、西藏和青海牧區(qū)的畜禽碳排放整體增加，新疆牧區(qū)則先增加后減少[9]。未來中國畜牧業(yè)碳排放下降速度可能會放慢[10]。氣溫升高

也與畜牧業(yè)甲烷排放正相關，平均氣溫較高是導致四川、湖南、廣東甲烷排放量大的誘因之一[11]。IPCC不同層級的方法核算結果不同，基于IPCC的二級方法，2001年加拿大奶牛與肉牛的甲烷排放量分別為3.6 t CO2e和16.0 t CO2e，每年每頭奶牛的碳排放為90 kg，比IPCC一級方法的核算結果多18 kg[12]。加拿大單位重量奶牛的碳排放量為4.55 mg CO2e。每公斤牛奶平均排放1 kg二氧化碳、19.31 kg甲烷，與現(xiàn)場測算結果基本一致[13]。

2畜牧業(yè)碳足跡核算方法

畜牧業(yè)碳排放核算方法是否準確呢？已有學者對IPCC提出的碳排放核算方法的全面性提出了質疑[14-15]，并建議畜牧業(yè)生產的前端與后端也應納入碳排放核算，即碳足跡。碳足跡核算方法主要包括生命周期評價法和投入產出法。生命周期評價指產品在生產、使用及回收再利用等各階段對環(huán)境產生的影響，包括能源使用、資源消耗、污染物排放等，是一種自下到上的、對產品及其“從開始到結束”的過程計算法。它被廣泛運用于畜牧業(yè)碳足跡核算。而投入產出法是一種自上到下的計算方法。學術界傾向于用畜產品碳足跡來衡量畜牧業(yè)碳足跡情況。

2.1生命周期評價法

生命周期評價法（LCA）基于碳排放系數(shù)，在界定系統(tǒng)邊界的基礎上核算碳足跡。因此，作為整個評價結果的關鍵，不同系統(tǒng)邊界導致結果存在誤差。目前，LCA核算畜牧業(yè)碳足跡的邊界主要有從搖籃到農場大門和從搖籃到消費者。

2.1.1部分生命周期（從搖籃到農場大門）

基于生命周期評價，學者們得到兩點共識。

第一，區(qū)域異質性影響畜產品碳足跡。以牛奶為例，碳足跡貢獻排名是胃腸道甲烷、電力、柴油及糞污排放和運輸[16]。FAO計算全球每公斤牛奶碳足跡的平均水平為（2.4±0.624）kg CO2e/kg FPCM①。但在實證研究中，每公斤牛奶的碳足跡為0.41—2.46 kg CO2e[17-18]，發(fā)達國家與發(fā)展中國家存在一定差距：西班牙為0.84—2.07 kg CO2e[19]，歐盟為1.4 kg CO2e[20]，愛爾蘭為1.5 kg CO2e/kg ECM②[21]，中國為1.01—1.52 kg CO2e[22]。但是，奶牛的常規(guī)養(yǎng)殖與有機養(yǎng)殖的碳足跡差異不明顯。瑞典常規(guī)和有機奶牛場分別為0.76—1.26和0.73—

1.11 kg CO2e/kg ECM[23]，荷蘭分別為1.4 kg CO2e/kg FPCM和1.5 kg CO2e/kg FPCM[24]。

除了牛奶外，其他畜禽產品的碳足跡也具有區(qū)域異質性。Franz Weiss， Adrian Leip運用CAPRI模型核算的歐盟27成員國畜產品碳足跡表明：牛肉占28%—29%，牛奶占28%—30%，豬肉占25%—27%[25]。歐盟27成員國每公斤牛肉、羊肉、豬肉、禽肉和雞蛋的碳足跡分別為22、20、7.5、5、3 kg CO2e[20]，與G. Zervas的研究結果排序一致[26]，

英國傳統(tǒng)農場羊肉和牛肉的碳足跡為8.1—31.7和 9.7—38.1 kg CO2e[27]，與歐盟的平均水平一致。也有學者認為歐洲每公斤豬肉的碳足跡為2.6—6.3 kg CO2e[28]，加拿大則為3.6 kg CO2e[29]。

第二，養(yǎng)殖規(guī)模與管理方式影響碳足跡。學者認為散養(yǎng)比規(guī)模養(yǎng)殖產生更多碳排放，中國四川省家庭農場每公斤雞蛋、雞肉和豬肉的碳足跡為3.7、20.02和5.42 kg CO2e，而規(guī)?；B(yǎng)殖場分別為3.46、7.86和4.29 kg CO2e[22]。

規(guī)?；B(yǎng)殖場的管理能夠減少畜牧業(yè)碳排放，不同規(guī)模與管理方式的碳減排效果不同。西安、山東和四川規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場的碳足跡分別為1.52 kg CO2e/kgFPCM、1.34 kgCO2e/kg FPCM[30]和1.13 kg CO2e[22]。巴西肉牛養(yǎng)殖中89%—98%的碳排放源于動物本身，對于2 000頭牛以內的牧場，單位體重肉牛的碳足跡為4.8—8.2 kg CO2e，2 000頭牛以上的牧場，單位體重肉牛的碳足跡為5—7.2 kg CO2e[31]。基于Dairy GHG模型，在不同喂養(yǎng)和糞污處理方式下，美國不同規(guī)模奶牛養(yǎng)殖的碳排放范圍為0.37—0.69 kg CO2e/kg ECM。舍飼比戶外放牧排放更多的碳。瑞典舍飼系統(tǒng)碳足跡為1.16 kg CO2e，新西蘭戶外放牧系統(tǒng)碳足跡為1 kg CO2e。

2.1.2全生命周期（從搖籃到消費者）

隨著生命周期評價法的演進，其研究范疇逐步由搖籃到農場大門延伸至搖籃到消費者，即將畜牧業(yè)生產后端碳排放也納入范疇，但采用該種方法的學者較少。孟祥海、程國強、張俊飚運用全生命周期法，分析了我國畜牧業(yè)的碳排放的時空特征。研究表明，我國畜牧業(yè)碳排放量總體增長，但飼料糧運輸加工和畜禽屠宰加工環(huán)節(jié)的排碳量占比均少于1.05%，胃腸道發(fā)酵和糞便管理排碳量占比降低，反芻家畜排碳量多于非反芻畜禽[32]。董紅敏運用全生命周期法核算了中國畜產品的碳足跡，排序為牛肉、豬肉、雞蛋和牛奶[30]。但兩篇文章側重點不同，前者偏重畜牧經濟，后者偏重畜牧技術。

2.2投入-產出法

投入產出法（IO）根據(jù)投入產出表建立相應的數(shù)學模型，以此系統(tǒng)反映各部門的關系。結合各部門的碳排放數(shù)據(jù)，核算其在整個生產鏈上引起的碳排放量。J.P.Lesschen運用MITERRAEurope模型，分析了歐盟27個成員國的畜牧業(yè)碳排放情況，總量上，歐盟成員國的乳業(yè)部門碳排放最多，肉牛排第二位；單位重量排碳量排序為：牛肉、豬肉、雞蛋、禽類、牛奶[33]。B.Henderson用隨機前沿分析法（SFA）構建不同區(qū)域的生產邊界，基于IO分析了非洲六國小農戶的種植業(yè)-畜牧業(yè)混合經營產出差異及增加食物產出及減少食物碳排放強度的潛力。研究表明，如果縮小產出差異將降低產品碳排放強度[34]。

IO從宏觀國民經濟角度核算畜牧業(yè)碳排放量，基于經濟投入量和單位產值的碳排放強度，輸出最終畜牧業(yè)的碳排放量。此外，我國的投入-產出表每五年更新一次，加之研究區(qū)域畜牧業(yè)部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的單位產值碳排放強度具有差異性，導致采用該方法核算畜牧業(yè)碳排放具時滯性與差異性。

3不同核算方法的比較

鑒于OECD法與IO法僅被少數(shù)學者用于畜牧業(yè)碳排放核算，且歐盟與中國均為最早關注氣候變化的經濟體，因此，以IPCC系數(shù)法與生命周期法為例對比兩個經濟體的畜牧業(yè)碳排放與碳足跡核算方法的結果。

部分學者運用生命周期法及CAPRI模型對歐盟27國畜牧業(yè)碳排放總量排序為：牛奶、牛肉、豬肉，這與運用IO及MITERRAEurope模型的結果一致，但歐洲各國的生產系統(tǒng)、喂養(yǎng)方式及飼料利用率等方面的差異性導致單位農產品的碳排放量有很大差異，基于IO的畜牧業(yè)碳排放單位量排序為：牛肉、豬肉、雞蛋、牛奶。運用IPCC系數(shù)法與全生命周期法分別核算的中國2007年與1990—2011年的畜牧業(yè)碳排放排序為：牛、豬、羊[11，33]；也有學者基于IPCC系數(shù)法核算了2011年畜牧業(yè)碳排放情況，排序結果略有不同，即非奶牛（黃牛和水牛）、羊、豬、奶牛、馬、兔、駱駝。

可見，運用不同核算方法及模型對歐洲畜牧業(yè)碳排放總量核算結果一致，對中國畜牧業(yè)碳排放總量的核算結果略有差異，牛的排放量最多，但豬和羊的排放量結果不盡一致。兩經濟體的單位農產品碳排放量也有差異，這些差異究竟由何種原因導致呢？不同核算方法有何區(qū)別？表1按照畜牧業(yè)碳排放到碳足跡的演進，對不同核算方法的起源、最早采用時間、特點、局限性等進行了歸納總結。從表1可以看出，盡管不同的系統(tǒng)邊界會影響碳足跡核算結果，但歷經了OECD法、IPCC法的演化，LCA法能相對準確地核算碳足跡，可行性較強，是現(xiàn)階段碳足跡核算的主流方法；如果IO法能夠解決數(shù)據(jù)滯后的問題，將促使碳足跡核算進一步演化，核算投入品的隱含碳。

4總結與研究展望

畜牧業(yè)經歷了從碳排放到碳足跡核算方法的演化與完善，其中IPCC系數(shù)法及生命周期評價被學術界廣泛使用，但鑒于研究邊界、研究區(qū)域及研究方法特點等差異性，導致現(xiàn)階段學術界核算的畜牧業(yè)碳排放量不盡一致。通

過對現(xiàn)有文獻的梳理，可以發(fā)現(xiàn)畜牧業(yè)碳足跡能夠更加全面的反映畜牧業(yè)全生命周期的碳排放情況，其中以生命周期評價法為代表，并以此為基礎對畜牧業(yè)碳排放的其他方面展開研究。

上述綜述性研究和結論對畜牧業(yè)碳排放核算的研究范式提供一定的解釋，但仍需后續(xù)研究。首先，目前學術界對于碳足跡系統(tǒng)邊界的界定是否準確，基于生命周期法的畜牧業(yè)碳足跡是否真正做到了從搖籃到墳墓的碳排放核算，在畜產品到達消費者是否就可以被視為畜產品的消亡？亦或還需要核算畜產品回收再利用階段的碳排放，即消費者對畜產品加工直到畜產品再次以糞污的形式重新回歸自然。其次，綜合運用畜牧業(yè)碳排放與碳足跡的相關核算方法，整合出一套更加完善的、弱化各種核算方法不足的碳排放核算方法，使其能更加準確的反映畜牧業(yè)碳排放的真實情況。最后，亟需標準化畜牧業(yè)碳排放核算，即給出畜牧業(yè)碳排放核算的通式或是不同畜產品的碳足跡標準，避免學者重復核算畜牧業(yè)碳排放量，以便展開畜牧業(yè)碳排放其他方面的研究。

（編輯：李琪）

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Review of research from carbon emissions to carbon footprint in livestock husbandry

SHI ShuaiLI CuixiaLI Meiting

（School of Economy and Management， Northeast Agriculture University， Harbin Heilongjiang 150030，China）

AbstractThe increasing trend of global warming both affects the sustainable development of agriculture and threatens human survival. Livestock have caught growing concern for the large proportion in agricultural carbon emissions. Accurate calculation of livestock carbon emissions is the precondition of feasible reduction policy. It also provides voice for distinct responsibility of China in climate change. Based on the research paradigm evolution， this article presents the research development of livestock from carbon emissions to carbon footprint. The results show carbon emissions methods for livestock have experienced the OECD method， the IPCC coefficient method， the life cycle assessment （LCA） method and inputoutput method. Scholars thought the regional heterogeneity， the scale of farming and the management mode all affect the carbon footprint. Carbon emissions of livestock grazing are more than large scale livestock breeding. Shelter feeding has more carbon emissions than outdoor grazing. Carbon footprint assessment more fully reflects the whole life cycle carbon emissions of livestock husbandry. However， due to the differences of research hypothesis， methods and samples， there are uncertainties on carbon emissions assessment results of different regions and animal byproducts. Based on LCA and inputoutput methods， livestock carbon emissions of the European Union are basically identical， but it is different in China by the whole LCA and IPCC coefficient method in cattle， pigs and sheep. Therefore， this study makes the comparison of different methods in the origin， the earliest time used， characteristics， limitations， etc. The study also recommends the extended boundary of livestock based on LCA and standardized carbon footprint of livestock. Only in this way can the scholars avoid repeating accounting carbon emissions of livestock and expand further research in this field.

Key wordscarbon emission； carbon footprint； life cycle assessment