基于生命周期評(píng)價(jià)法對(duì)燕麥碳足跡的研究

徐淑婭，賀 婷，王曉龍，周海濤，王鳳梧，付曉峰，趙世鋒，曹麗霞，孫慧風(fēng)，劉俊青，任長(zhǎng)忠，胡新中

(1.陜西師范大學(xué)食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710119；2.河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北張家口 075000；3. 內(nèi)蒙古烏蘭察布市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000；4. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010000；5. 吉林白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林白城137000)

全球變暖已經(jīng)成為日益嚴(yán)重的氣候問(wèn)題，我國(guó)向聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約(UNFCCC))遞交的《國(guó)家自主貢獻(xiàn)預(yù)案》承諾到 2030 年，我國(guó)碳排放強(qiáng)度將比 2005 年下降60%～65%[1]。中國(guó)作為二氧化碳排放和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，農(nóng)業(yè)碳排放量占全國(guó)碳排放總量的17%[2-4]?，F(xiàn)階段中國(guó)農(nóng)業(yè)面臨著草原面積退化、土地干旱和沙漠化、水資源污染和短缺、能源過(guò)度消耗和環(huán)境污染等一系列生態(tài)問(wèn)題，這些問(wèn)題都導(dǎo)致中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放量大大增加，限制了中國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，因此減少二氧化碳排放，發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)刻不容緩。

燕麥(AvenasativaL.)是中國(guó)第五大糧食作物，分為帶稃型(皮燕麥)和裸粒型(裸燕麥)兩大類[5]，世界各國(guó)的燕麥栽培品種以皮燕麥為主，多數(shù)飼用，少數(shù)食用，而中國(guó)以裸燕麥為主，多數(shù)食用，少數(shù)飼用[6]，因此本研究主要針對(duì)國(guó)內(nèi)裸燕麥開(kāi)展研究。燕麥作為世界公認(rèn)的營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值最高的谷類作物之一，具有降低血壓、血糖、控制血脂升高和改善胃腸道等功效[7-8]，受到大家廣泛青睞。另外，燕麥具有耐寒、抗旱、耐貧瘠、耐適度鹽堿和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)[9]，加上近幾年燕麥新品種選育和高效栽培模式的不斷推廣以及燕麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[10]，燕麥在解決中國(guó)大范圍旱地、瘠薄地、鹽堿地和退化草原生態(tài)恢復(fù)與重建，以及耕地休閑季覆蓋等方面表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)，燕麥的規(guī)?；N植對(duì)解決中國(guó)農(nóng)業(yè)面臨的一系列生態(tài)問(wèn)題具有重要作用[11]。但是，在燕麥產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，其對(duì)環(huán)境的影響卻未見(jiàn)系統(tǒng)的研究報(bào)道，因此了解燕麥加工過(guò)程中的碳足跡情況，探究減排要素，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益與碳減排的同步發(fā)展，對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)和燕麥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及建立低碳食品體系具有重大意義。

國(guó)內(nèi)外關(guān)于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的研究由來(lái)已久，國(guó)外多位學(xué)者對(duì)農(nóng)業(yè)碳足跡和多種農(nóng)作物的碳足跡進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)。 Hillier等在蘇格蘭對(duì)農(nóng)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，冬油菜、春燕麥、冬燕麥、豆類和冬小麥 5 種作物的碳足跡分別是436、310、388、125 和 764.9 kg Ce·hm-2[12-14]，即 1 598.67、1 136.67、1 422.67、458.33 和 2 804.63 kg CO2-eq·hm-2。國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)碳足跡的報(bào)道也很多。寧夏平羅縣玉米、水稻和小麥三種主要作物的碳足跡分別為931.03、1487.56和809.75 kg Ce·hm-2，即 3 413.78、5 454.39 和 2 969.08 kg CO2-eq·hm-2，施用化肥的碳足跡分別占總體碳足跡的75%、40%和66%，因此提高化肥利用率是降低平羅縣農(nóng)田碳足跡的關(guān)鍵[15]。根據(jù)農(nóng)場(chǎng)面積估算出中國(guó)三種主要糧食作物(水稻、小麥和玉米)的碳足跡分別是6.0、 3.0和2.3 t CO2-eq·hm-2，合成氨碳足跡占總體碳足跡比例是 44%～79%，可通過(guò)減少氮肥的使用和發(fā)展集約化經(jīng)營(yíng)的大型農(nóng)場(chǎng)來(lái)改善作物管理模式[16]。國(guó)內(nèi)外關(guān)于農(nóng)業(yè)碳足跡的研究對(duì)象主要是水稻、小麥、玉米三大主糧作物，研究?jī)?nèi)容多集中在區(qū)域碳足跡和糧食作物碳足跡及其時(shí)空分布特征上，國(guó)內(nèi)關(guān)于燕麥碳足跡的研究卻鮮有報(bào)道。由于燕麥種植數(shù)據(jù)不在中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒之列，無(wú)法從政府相關(guān)部門(mén)獲取公開(kāi)數(shù)據(jù)，因此本研究基于北方燕麥主產(chǎn)區(qū)多點(diǎn)農(nóng)戶和企業(yè)實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，采用農(nóng)業(yè)碳足跡理論和生命周期評(píng)價(jià)理論，對(duì)燕麥種植和加工過(guò)程中的碳足跡進(jìn)行量化，更加符合農(nóng)戶種植的實(shí)際情況。通過(guò)對(duì)實(shí)地調(diào)研的數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，分析燕麥種植和加工過(guò)程中的碳足跡結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確全面地評(píng)估種植和加工環(huán)節(jié)的減排要素，制定科學(xué)有效的減排措施，以期為今后開(kāi)展農(nóng)產(chǎn)品碳足跡的系統(tǒng)研究和燕麥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

燕麥屬于喜陰涼低溫類作物，多分布于北緯35～60°的歐亞大陸及北美洲的高緯度、高海拔、高寒地區(qū)[17]。燕麥多種植在干旱、半干旱地區(qū)，是靠天然降水生產(chǎn)的農(nóng)作物。河北張家口壩下地區(qū)、壩上高寒山區(qū)以及蒙古高原大部分耕地為丘陵、山地或鹽堿地，以溫帶大陸性氣候?yàn)橹?，地?shì)高、氣溫低、溫差大、日照長(zhǎng)、無(wú)霜期短，年降水量50～550mm，但降水量集中，雨熱同期[18-19]。這種特殊的地理位置和天然的氣候環(huán)境為燕麥的生長(zhǎng)發(fā)育提供了充足的光照和養(yǎng)分，完全適宜燕麥的種植。中國(guó)是世界裸燕麥的故鄉(xiāng)，最少有 3 000年的種植歷史[20]。近幾年，隨著燕麥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國(guó)燕麥的種植面積逐年增加。“十二五”期間，中國(guó)燕麥種植面積穩(wěn)定在70萬(wàn)hm2以上，其中裸燕麥種植面積約占燕麥總播種面積的92%，燕麥年總產(chǎn)量約80萬(wàn)t，國(guó)內(nèi)共有100多家具有規(guī)模的燕麥加工企業(yè)，總加工量約80萬(wàn)t。目前，河北省年種植面積約15萬(wàn)hm2，主要集中于壩上地區(qū)，年產(chǎn)量約22萬(wàn)t；內(nèi)蒙古年種植面積約20萬(wàn)hm2，主要集中于陰山南北地區(qū)，年產(chǎn)量約15萬(wàn)t，中國(guó)形成了以河北張家口、內(nèi)蒙古呼和浩特、山西大同為中心的華北燕麥產(chǎn)業(yè)集群[21]。因此，本研究特意選取中國(guó)最大的燕麥集中產(chǎn)區(qū)(河北張家口市、內(nèi)蒙古烏蘭察布市和呼和浩特市)開(kāi)展實(shí)地調(diào)研工作。

1.2 基本原理

本研究主要參照農(nóng)業(yè)碳足跡和生命周期評(píng)價(jià)理論(life cycle assessment，LCA)對(duì)燕麥種植和加工過(guò)程中的碳足跡進(jìn)行計(jì)算?！疤甲阚E”主要是指某一產(chǎn)品或者服務(wù)在生產(chǎn)加工、產(chǎn)品銷售和廢棄物處理的整個(gè)生命周期過(guò)程中的碳排放量[22]。農(nóng)業(yè)碳足跡的形成主要來(lái)源于West 和 Lal 等對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的成果[23-26]。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織將生命周期評(píng)價(jià)理論定義為“對(duì)產(chǎn)品系統(tǒng)整個(gè)生命周期的投入、產(chǎn)出和潛在環(huán)境影響的編譯和評(píng)價(jià)”[27]。當(dāng)研究對(duì)象的系統(tǒng)邊界易于劃分、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)易于獲取、碳足跡數(shù)據(jù)分析核算過(guò)程中允許一定的誤差存在時(shí)，較適合采用LCA進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，因?yàn)長(zhǎng)CA考慮到了產(chǎn)品整個(gè)生命周期過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)碳足跡，有利于進(jìn)行更加深入的核算和分析，因此常常用來(lái)研究微觀層面的碳足跡[28]。

1.3 碳足跡計(jì)算方法和碳排放參數(shù)選擇

1.3.1 燕麥種植環(huán)節(jié)碳足跡計(jì)算

E=∑Ei=∑Ti×δi

式中，Ei為第i類碳源的碳足跡，Ti為第i類碳源的量，δi為第i類碳源的排放系數(shù)(每個(gè)單位的 CO2當(dāng)量)，E則為燕麥種植過(guò)程碳足跡總量，單位是kg CO2-eq·hm-2。

國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家基于生命周期評(píng)價(jià)理論對(duì)于產(chǎn)品碳足跡的核算已有不少研究[29]，具備了較為前沿的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，而國(guó)內(nèi)的研究才剛剛起步，尚未形成完備的體系，因此國(guó)內(nèi)許多研究者多采用國(guó)外學(xué)者提供的碳排放系數(shù)來(lái)進(jìn)行碳足跡的計(jì)算，但是不同國(guó)家、不同地區(qū)和不同產(chǎn)品的碳計(jì)量模型存在較大的差異，因此碳足跡系數(shù)也未能統(tǒng)一。本研究考慮到國(guó)內(nèi)外糧食種植過(guò)程中種植規(guī)模、機(jī)械化程度、地形地勢(shì)、自然氣候以及農(nóng)藥化肥生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)牟町愋?，在選取各個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放系數(shù)時(shí)，優(yōu)先選擇國(guó)內(nèi)的研究系數(shù)[30]，其次選取國(guó)外的研究系數(shù)，若同一個(gè)項(xiàng)目出現(xiàn)了多個(gè)系數(shù)值，則選取其權(quán)威值或平均值[31]，見(jiàn)表1。

1.3.2 燕麥加工環(huán)節(jié)碳足跡計(jì)算

計(jì)算公式同種植環(huán)節(jié)，其中電力和天然氣的碳排放系數(shù)分別為0.85 kg CO2-eq·kWh-1和2.09 kg CO2-eq·kg-1。

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)主要包括燕麥種植和加工兩個(gè) 環(huán)節(jié)。

表1 糧食作物的碳排放系數(shù)Table 1 Coefficients of carbon dioxide emissions from cereal crops

種植環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)主要在華北燕麥主產(chǎn)區(qū)10個(gè)縣20余個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，通過(guò)與農(nóng)戶一對(duì)一的問(wèn)卷調(diào)查形式獲取。燕麥的種植過(guò)程主要包括翻耕、播種(拌種霜)、施肥、除草、噴藥、灌溉、收獲等過(guò)程[32]，因而調(diào)研問(wèn)卷包含了農(nóng)戶2017 年燕麥的種植面積、種子來(lái)源、產(chǎn)量、生育期、化肥用量、有機(jī)肥用量、農(nóng)藥用量、農(nóng)機(jī)作業(yè)油耗量(翻耕、播種、施肥、收獲等環(huán)節(jié))、灌溉電能消耗量、耕作方式(翻耕、少免耕)、秸稈處理方式、人工和牲畜用量等方面內(nèi)容。一共收集了58個(gè)農(nóng)戶樣本，包含了21個(gè)燕麥種植大戶和37個(gè)種植散戶(種植規(guī)模小于 6.67×104m2的為種植散戶，大于等于6.67×104m2的為種植大戶)。由于燕麥易感染黑穗病，調(diào)研農(nóng)戶多采用給種子拌種霜的方式預(yù)防，少數(shù)種植大戶為保持土壤肥力、響應(yīng)綠色農(nóng)業(yè)和有機(jī)農(nóng)業(yè)的號(hào)召，選擇采用傳統(tǒng)噴灑高度白酒來(lái)替代拌種霜。關(guān)于耕作方式，少數(shù)散戶采用傳統(tǒng)牲畜與人力耕種，大多散戶和大戶采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化耕作。燕麥的秸稈主要用來(lái)喂牛，只有極少部分還田和焚燒，本研究忽略不計(jì)。

加工環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)選擇河北西麥?zhǔn)称酚邢薰?、汕頭市金味食品工業(yè)有限公司、內(nèi)蒙古陰山優(yōu)麥?zhǔn)称酚邢薰?、?nèi)蒙古三主糧實(shí)業(yè)股份有限公司、內(nèi)蒙古塞主糧食品科技開(kāi)發(fā)有限公司、河北康希燕麥?zhǔn)称酚邢薰尽⒔鹁S他(張北)食品有限公司、宏昊食品開(kāi)發(fā)有限公司、張家口北燕燕麥?zhǔn)称烽_(kāi)發(fā)有限公司、興和縣同恒糧油貿(mào)易有限責(zé)任公司、內(nèi)蒙古涼城世紀(jì)糧行有限公司、內(nèi)蒙古尚倉(cāng)燕麥生物科技有限責(zé)任公司、廣西賀州西麥生物食品有限公司、廣州贏特保健食品有限公司、谷之禪張家口食品有限公司、張家口市益民康雜糧銷售有限公司16家燕麥加工企業(yè)為研究對(duì)象，通過(guò)與企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人一對(duì)一的問(wèn)卷訪談形式，在北方燕麥主產(chǎn)區(qū)以及三個(gè)南方燕麥加工企業(yè)進(jìn)行調(diào)研。調(diào)研問(wèn)卷包含了公司2017年主要燕麥產(chǎn)品、燕麥原料品種來(lái)源、產(chǎn)量、產(chǎn)率、用工、加工和包裝機(jī)械電耗、天然氣用量以及銷售覆蓋面等方面內(nèi)容。

1.5 數(shù)據(jù)分析和處理

使用Microsoft Office Excel 2010統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 22.0進(jìn)行。采用方差分析和相關(guān)顯著性檢測(cè)來(lái)檢驗(yàn)燕麥種植散戶和大戶之間的差異，并對(duì)燕麥投入類型與碳足跡的相關(guān)性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥種植環(huán)節(jié)碳足跡清單

調(diào)研結(jié)果表明，我國(guó)燕麥主產(chǎn)區(qū)的燕麥種植和加工在兩類農(nóng)戶間存在較大差異，且同一地區(qū)農(nóng)戶間種植規(guī)模、產(chǎn)量和產(chǎn)品加工的農(nóng)業(yè)投入也有很大的差異(表2)。調(diào)研的農(nóng)戶中，64%屬于燕麥種植散戶，36%屬于燕麥種植大戶。散戶的種植面積多為0.2～2.0 hm2，主要采用傳統(tǒng)種植模式；大戶種植面積多為10～100 hm2，主要采用現(xiàn)代機(jī)械化種植模式。

經(jīng)計(jì)算，整個(gè)燕麥種植過(guò)程中，單位面積的碳足跡總量為800.29±263.77 kg CO2-eq·hm-2，由于化肥和農(nóng)藥投入較少，燕麥單位面積的碳足跡顯著低于水稻、小麥等農(nóng)作物(表3)；而單位產(chǎn)量的碳足跡總量為0.380±0.125 t CO2-eq·t-1，因?yàn)檠帑渾挝幻娣e產(chǎn)量為2 105.66 kg·hm-2，遠(yuǎn)低于水稻、玉米和小麥三大主糧作物[33]，導(dǎo)致其單位產(chǎn)量的碳足跡與三大主糧作物相比，差距明顯縮小[11-15]。

燕麥種植散戶單位面積碳足跡為648.54±875.31 kg CO2-eq·hm-2，比燕麥種植平均水平低19.00%；單位產(chǎn)量的碳足跡為0.422±0.570 t CO2-eq·t-1，比平均水平高11.10%，主要原因是散戶種植多以旱田為主，單產(chǎn)較低，僅為 1 536.79±808.56 kg·hm-2。散戶碳足跡主要集中在化肥(氮肥、磷肥)、機(jī)械、勞動(dòng)力和農(nóng)業(yè)灌溉四大部分?；蕟挝幻娣e的碳足跡為197.67±61.84 kg CO2-eq·hm-2，占總量的30.48%；其次是機(jī)械投入占23.07%；勞動(dòng)力(人工和耕牛)與灌溉所占比例分別為21.33%和 21.80%。燕麥種植散戶碳足跡份額由大到小依次為化肥、機(jī)械、勞動(dòng)力、灌溉、除草劑和殺菌劑。

燕麥種植大戶單位面積碳足跡為801.93±814.05 kg CO2-eq·hm-2，單位產(chǎn)量的碳足跡為0.380±0.386 t CO2-eq·t-1；二者與平均水平不相上下，主要原因是種植大戶的種植規(guī)模大，平均種植面積高達(dá)162.63±359.85 hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于散戶。種植大戶碳足跡主要集中在灌溉電耗上，其單位面積碳足跡為453.27±636.38 kg CO2-eq·hm-2，占總量的56.52%。大戶多建設(shè)有較完備的灌溉系統(tǒng)，但由于華北燕麥種植主產(chǎn)區(qū)降水量小，河流數(shù)量少且地勢(shì)高，打井深度達(dá)百米以上，以至于灌溉電耗成為燕麥種植大戶的主要碳排 放源。

表2 燕麥種植環(huán)節(jié)調(diào)查數(shù)據(jù)Table 2 Survey data of oat planting

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。同一行不同小寫(xiě)字母表示不同投入類型散戶和大戶之間差異達(dá)0.05的顯著水平。

The data in the table are average ± standard deviations. Different lowercase letters in the same columns indicate a significant difference between retail investors and large investors of different investment types at 0.05 level.

表3 燕麥種植過(guò)程的碳足跡Table 3 Carbon dioxide emission measurement results during oat planting process

表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。同一行不同小寫(xiě)字母表示不同投入類型散戶和大戶碳足跡之間差異達(dá)0.05的顯著水平。

The data in the table are average±standard deviation.Different lowercase letters inthe same columns represent a significant difference between the carbon footprint of individual investors and large investors of different investment types at 0.05 level.

2.2 燕麥種植環(huán)節(jié)碳足跡影響因素的分析

燕麥種植過(guò)程中的碳足跡受多種因素的影響。對(duì)各項(xiàng)農(nóng)資投入量與燕麥種植碳足跡進(jìn)行相關(guān)分析表明，碳足跡與種植面積、除草劑、殺菌劑、機(jī)械投入柴油、人工與耕牛均無(wú)顯著相關(guān)性(P> 0.05)，而與產(chǎn)量、氮肥、磷肥、灌溉耗電均呈顯著正相關(guān)(P<0.05)(表4)。其中，灌溉耗電與碳足跡的相關(guān)系數(shù)最大，為0.979，可見(jiàn)灌溉耗電對(duì)燕麥種植過(guò)程中碳足跡的影響程度較大。

表4 各項(xiàng)農(nóng)資投入量與燕麥種植碳足跡相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between the various agricultural inputs and the carbon footprint of oat planting

2.3 燕麥加工環(huán)節(jié)碳的足跡

目前,中國(guó)主要的燕麥加工產(chǎn)品是燕麥粉、燕麥片和燕麥米，其中燕麥粉占產(chǎn)品總量50%左右，燕麥片約占25%，燕麥米約占15%，其他高附加值產(chǎn)品如飲料、保健產(chǎn)品、化妝品等約占10%[21]。就生產(chǎn)流程而言，燕麥粉主要經(jīng)過(guò)除雜、潤(rùn)麥、烘炒滅酶、磨粉和包裝等過(guò)程，燕麥片則需要打芒、清理分級(jí)、滅酶、切粒、汽蒸、壓片、干燥、滅菌、包裝等。燕麥粉與燕麥片涉及的能耗包括電力、天然氣或者液化氣；燕麥米的加工流程較簡(jiǎn)單，主要是清理、打磨、包裝，能耗主要是電耗[34]。本次調(diào)研企業(yè)加工的燕麥產(chǎn)品也包括一些燕麥飲料、包子、面皮、化妝品等深加工產(chǎn)品，數(shù)量較少，未形成規(guī)模，本研究暫不涉及。

由表5可以看出，單位質(zhì)量燕麥粉、燕麥片、燕麥米的碳足跡分別是69.67±5.77、130.62±10.86、50.76±4.81 kg CO2-eq·t-1。燕麥片的碳足跡是燕麥加工環(huán)節(jié)調(diào)研對(duì)象中最大的，約占燕麥加工產(chǎn)品的52.03%。燕麥片加工過(guò)程中的加熱滅菌滅酶、汽蒸涉及到天然氣的使用，整個(gè)過(guò)程中天然氣的碳足跡是其能耗的1.14倍。燕麥粉加工過(guò)程也需要烘炒滅酶，炒制過(guò)程的電耗較高，其電耗的碳足跡高于其他兩種產(chǎn)品。燕麥米的碳足跡最小，主要是因?yàn)槠浼庸ち鞒梯^簡(jiǎn)單，不涉及別的能源消耗?？傮w來(lái)看，磨粉、烘炒滅酶、壓片、碾米是燕麥加工過(guò)程中電耗的主要來(lái)源，包裝過(guò)程的電耗較少，天然氣的使用成為燕麥加工過(guò)程中影響碳足跡的主要因素。

表5 燕麥初加工產(chǎn)品單位質(zhì)量產(chǎn)品的碳足跡Table 5 Carbon emission of oat primary processing product per unit mass product

3 討 論

本研究中燕麥種植環(huán)節(jié)，單位面積的碳足跡為800.29 kg CO2-eq·hm-2，顯著低于三大主糧作物，也低于Hillier等在蘇格蘭開(kāi)展春燕麥、冬燕麥碳足跡研究的結(jié)果[11-15]。但燕麥單位產(chǎn)量的碳足跡為0.380 t CO2-eq·t-1，雖然仍低于多數(shù)的研究結(jié)果，但是差距已經(jīng)不是特別明顯。燕麥種植過(guò)程中，單位面積碳足跡顯著低于其他作物的主要原因是化肥、農(nóng)藥等的投入較少。就化肥一項(xiàng)而言，本研究燕麥化肥使用量為127.50 kg·hm-2，與羅婷計(jì)算的水稻種植散戶和大戶化肥合計(jì)量3 953.98、2 606.36 kg·hm-2相差甚遠(yuǎn)[30]。燕麥生產(chǎn)過(guò)程投入較少，且多種植在高寒干旱貧瘠的丘陵、山地或鹽堿地，加上種植過(guò)程中多數(shù)未形成配套的栽培管理方式，農(nóng)戶對(duì)不同品種特性等尚不熟悉，導(dǎo)致燕麥生產(chǎn)加工中面臨著產(chǎn)量低、品質(zhì)差的問(wèn)題，不能為加工環(huán)節(jié)提供優(yōu)質(zhì)原料[21]，也造成燕麥單位產(chǎn)量碳足跡較高。燕麥種植過(guò)程中，大部分散戶選擇傳統(tǒng)的人畜力耕作方式，雖少數(shù)散戶采用機(jī)械化種植，但其受傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)精耕細(xì)作的影響較大，使得其翻耕、灌溉(大多無(wú)灌溉設(shè)施)次數(shù)以及化肥的施用量普遍多于大戶，加上種植規(guī)模小、品種單一，農(nóng)戶田間管理勞作日期長(zhǎng)，造成農(nóng)業(yè)機(jī)具使用單一且能耗大的現(xiàn)狀[35]；種植大戶和合作社多由年輕人管理，多數(shù)與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)科研推廣單位有交流和合作，采用現(xiàn)代栽培的優(yōu)良品種，能因地制宜規(guī)?；N植和科學(xué)管理，還有配套的灌溉設(shè)施，實(shí)施多種作物輪作，保持了土壤的肥力，大大提高了燕麥的產(chǎn)量。隨著燕麥合作社不斷兼并土地，以及“機(jī)械化+化學(xué)化=農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化”種植模式[36]的發(fā)展，燕麥產(chǎn)區(qū)一家一戶的種植方式逐漸轉(zhuǎn)向機(jī)械化操作，因此影響燕麥種植過(guò)程碳足跡的主要因素將由散戶的化肥、機(jī)械油耗、勞動(dòng)力向大戶的灌溉電耗轉(zhuǎn)變，灌溉電耗將成為今后燕麥種植過(guò)程中主要碳排放源?？傊狙芯恐醒帑湻N植過(guò)程中具有較大的節(jié)能減排潛力，提高產(chǎn)量、控制灌溉電耗是燕麥節(jié)能減排的重中之重。

本研究中，加工單位質(zhì)量燕麥粉、燕麥片、燕麥米的電耗量分別是81.97± 6.79、71.79± 4.79、59.72±5.66 kW h·t-1。王羅云根據(jù)七條不同小麥制粉工藝流程的生產(chǎn)線，計(jì)算得到小麥面粉加工工藝的平均電耗為 74.65 kW h·t-1[37]，比本研究燕麥粉的電耗低了 8.95%，主要原因是燕麥磨粉需要進(jìn)行烘炒，進(jìn)而增加了電耗。按照一般出米率，100 kg稻谷可出糙米 77～78 kg、標(biāo)準(zhǔn)米 60～65 kg、出精米 55 kg左右。目前，稻米加工企業(yè)噸米電耗為 55 kW h以上[38]，比本研究燕麥米電耗低7.90%。據(jù)李維強(qiáng)對(duì)全國(guó)大米加工精度與產(chǎn)率的統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)糙米出米率降低0.3%～0.5%時(shí)，碾米電耗量可增加1.5%～ 2.3%[39]。本研究調(diào)研中燕麥米的糙米出米率在80%左右，標(biāo)準(zhǔn)米出米率在68%左右，精度低于大米，電耗卻高于大米，主要是因?yàn)檠帑溍纂s物較多，品種不一。有的企業(yè)在燕麥去皮前也進(jìn)行滅酶處理，加大了碾米過(guò)程的電耗。在燕麥加工企業(yè)調(diào)研過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)燕麥加工企業(yè)數(shù)量少、規(guī)模小，多數(shù)企業(yè)都沒(méi)有自己的科研團(tuán)隊(duì)和食品質(zhì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，而且加工技術(shù)單一，設(shè)備也比較落后，加劇了燕麥加工過(guò)程中的能源消耗，增加了加工過(guò)程的碳足跡。因此，燕麥片加工過(guò)程中天然氣的能耗及燕麥粉滅酶烘炒和燕麥米除雜過(guò)程的電耗成為燕麥加工環(huán)節(jié)碳足跡的主要影響 因素。

本研究根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)粗略地對(duì)燕麥種植、加工環(huán)節(jié)的碳足跡進(jìn)行了量化分析，結(jié)合生命周期各階段的減排潛力，認(rèn)為燕麥種植要因地制宜，培育出適應(yīng)不同環(huán)境種植的品種，建立規(guī)范化的種植基地，引用先進(jìn)技術(shù)，提高產(chǎn)量，保證品質(zhì)，同時(shí)注重土壤的保護(hù)和利用，揚(yáng)長(zhǎng)避短，打造有機(jī)綠色農(nóng)業(yè)，有效利用燕麥抗旱、抗鹽堿的生理機(jī)制，尋找適合當(dāng)?shù)匮帑湽喔鹊墓?jié)水技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)水分利用效率；在產(chǎn)品加工方面，積極引導(dǎo)消費(fèi)者科學(xué)合理消費(fèi)，在改變消費(fèi)者片面追求精細(xì)白的過(guò)度消費(fèi)傾向的同時(shí)，相關(guān)企業(yè)要對(duì)產(chǎn)品適度加工，滿足品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)、節(jié)能的要求，并提倡龍頭企業(yè)的帶動(dòng)作用，促進(jìn)燕麥加工企業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、中高端產(chǎn)品的研發(fā)和燕麥傳統(tǒng)食品的工業(yè)化進(jìn)程，提高加工環(huán)節(jié)的能源利用效率，加強(qiáng)大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)和副產(chǎn)品研發(fā)與再利用。

致謝：感謝國(guó)家燕麥?zhǔn)w麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-08-E)經(jīng)費(fèi)支持，以及體系各試驗(yàn)站、張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、烏蘭察布市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所和內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院的科研人員對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)采集給予的大力支持與幫助。