生命周期視角下食品碳足跡的評估及案例分析

惠博文，劉 銳，李 健,3,*，孫君茂

（1.北京工商大學食品與健康學院，北京 100048；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京 100081；3.中國綠色食品協(xié)會綠色農(nóng)業(yè)與食物營養(yǎng)專業(yè)委員會，北京 100081）

近年來隨著人類活動的加劇，溫室氣體的排放加快了全球氣候變暖。化石燃料的燃燒、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地資源過度開發(fā)等行為也嚴重破壞了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和可持續(xù)性，不僅限制了人類的生存空間，也給未來的發(fā)展帶來了嚴重挑戰(zhàn)[1]。有關氣候學家警告稱，截至2050年，全球CO2排放水平相較于2000年需減少85%，否則全球氣溫的升高將給生態(tài)系統(tǒng)帶來難以估計的影響[2-3]。2020年以來，世界人口數(shù)量突破了70億，預計至2050年世界人口將達到100億，人口增長加劇了對能源、糧食、環(huán)境等資源的消耗，給世界食品供應鏈帶來了極大的壓力[4-5]。食品行業(yè)溫室氣體的排放約占全球溫室氣體排放總量的1/4，并呈持續(xù)上升趨勢，實現(xiàn)領域內的可持續(xù)發(fā)展，早日做到全球溫室氣體的凈零排放成為亟待解決的難題，實現(xiàn)人為溫室氣體排放量與清除量相平衡的狀態(tài)即“碳中和”。

“碳中和”源于1992年全球第二屆環(huán)境發(fā)展大會上通過的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，成型于2015年通過的《巴黎協(xié)定》，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》與《京都協(xié)定書》《巴黎協(xié)定》一并成為全球范圍內應對氣候變化的具有法律約束性質的文件，最終目標是盡早實現(xiàn)碳排放達峰，并在此基礎上實現(xiàn)碳中和[6]。世界上多家食品公司已經(jīng)宣布了實現(xiàn)碳凈零排放的期限，2019年加拿大的Maple Leaf Foods成為了世界上第一家實現(xiàn)碳中和的食品公司，瑞士雀巢旗下的子品牌Garden Gourmet、Nespresso和Kitkat預計相繼在2022年和2025年實現(xiàn)，美國百事可樂公司也承諾最晚于2040年實現(xiàn)碳中和[7-8]。

Our World in Data數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示了1800—2020年全球CO2的增長趨勢，自18世紀60年代的工業(yè)革命以來，CO2排放量開始逐年增長，1950年后增速明顯加快[9]，該階段世界經(jīng)濟同樣增長迅速。2018年CO2排放量達到366.5億 t，受新型冠狀病毒肺炎疫情的影響，2020年CO2的排放量較2019年約減少5%（圖1）[9-12]。食品產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，其現(xiàn)代化水平和消費模式反映了人民的生活水平，也是國家發(fā)展水平的重要評價標志。但是，因為該產(chǎn)業(yè)部分領域內存在結構不合理、生產(chǎn)方式粗放等問題，又是一個高耗能、高污染、高排放的行業(yè)，是人為氣候變化的重要推動因素[13]。

圖1 1800—2020年全球CO年排放量[9-12]2Fig. 1 Global annual CO2 emission amounts from 1800 to 2020[9-12]

Poore等[10]研究了食品產(chǎn)業(yè)對環(huán)境的影響，得出食品產(chǎn)業(yè)溫室氣體排放量約占全球溫室氣體排放總量的26%，其溫室氣體排放可細分為畜牧業(yè)和漁業(yè)、農(nóng)作物生產(chǎn)、土地占用和食品供應鏈這幾個方面。畜牧業(yè)和漁業(yè)溫室氣體排放量占食品產(chǎn)業(yè)排放總量的31%，其溫室氣體的排放主要來源于牲畜的糞便發(fā)酵、反芻動物的胃腸道發(fā)酵、捕魚的機械設備能耗、場地管理能耗等；農(nóng)作物生產(chǎn)溫室氣體排放量占食品產(chǎn)業(yè)排放總量的27%，大部分由人類的食用消費產(chǎn)生，小部分由生產(chǎn)動物飼料產(chǎn)生，其中溫室氣體的排放主要來源于農(nóng)作物種植過程、施用含氮化肥及土壤中釋放的N2O、農(nóng)業(yè)機械設備能耗等；土地占用溫室氣體排放量占食品產(chǎn)業(yè)溫室氣體總量的24%，如開荒造成土地類型改變；食品的供應鏈溫室氣體排放量占食品產(chǎn)業(yè)溫室氣體排放總量的18%[14]，可以劃分成加工、包裝、運輸、零售4個過程，其中溫室氣體的排放主要來源于設備能耗、制冷劑逸散。在實際的生命周期中還應包括廢棄物的處置過程，因數(shù)據(jù)收集的局限性未考慮在內。

為了深入分析溫室氣體對環(huán)境的影響程度，碳足跡的概念應運而生。碳足跡的概念最早起源于生態(tài)足跡，生態(tài)足跡是指以使用的功能性土地面積為單位描述人們生產(chǎn)消費活動對生態(tài)環(huán)境造成的影響，最早由Wackernagel等[15]提出，在當時引起了世界研究組織和民眾的廣泛關注?！堵?lián)合國氣候變化框架公約》中給出了“碳足跡”的定義，即衡量人類活動中產(chǎn)生或釋放的，用以評估國家、組織及個人所生產(chǎn)產(chǎn)品或服務帶來的溫室氣體排放量，其以二氧化碳當量（CO2eq）為單位，也是一種衡量對氣候環(huán)境變化貢獻程度的方法[2]。從世界范圍來看，保護生態(tài)環(huán)境、發(fā)展低碳經(jīng)濟、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是大勢所趨。

基于以上內容，本文以生命周期評價（life cycle assessment，LCA）理論為基礎，研究碳足跡在食品產(chǎn)業(yè)評價中的應用，從食品碳足跡量化模型、國內外研究趨勢、應用討論等角度分析其在食品領域中的應用案例，討論分析對象的復雜性和分析結果的矛盾性、國內外的政策環(huán)境以及消費者購買行為對碳足跡量化結果的影響，以期為完善我國食品領域內碳足跡評價體系、發(fā)展環(huán)境友好型經(jīng)濟及如期實現(xiàn)包括食品行業(yè)在內的碳中和目標提供參考。

1 食品碳足跡量化模型

1.1 生命周期評價理論

LCA是進行足跡分析的常用工具，是一種以過程為基本出發(fā)點、自下而上的分析方法，用以評估產(chǎn)品在生命周期過程中對環(huán)境的影響[16]。LCA法常用于分析某一類產(chǎn)品或產(chǎn)業(yè)鏈造成的環(huán)境負荷，以食品產(chǎn)業(yè)鏈的碳排放核算為例，通常需考慮原材料獲取、生產(chǎn)加工、倉儲、運輸、消費、廢棄物處置過程中產(chǎn)生的溫室氣體排放，是一種在微觀層面上對產(chǎn)品碳足跡進行量化以評估對環(huán)境影響的主要方法[17-18]，該方法旨在通過分析產(chǎn)品生命周期的全過程，確定食品生產(chǎn)系統(tǒng)中的關鍵工藝路線，找出影響碳源的關鍵控制點，提出可行性措施以減少溫室氣體排放。LCA體系的建立主要依據(jù)國際標準ISO 14040[19]、ISO 14067[20]及英國標準協(xié)會標準PAS 2050[21]等，基于標準中對產(chǎn)品碳足跡框架的闡述，食品碳足跡的量化評估模型可分為目標與研究范圍、清單分析、影響評價、結果解釋4個階段（圖2），并根據(jù)最終得出的系統(tǒng)性結論給出碳減排建議。

圖2 LCA分析示意圖Fig. 2 Schematic diagram of life cycle assessment analysis

1.2目標與研究范圍

食品碳足跡的量化首先是根據(jù)預期確定所要研究的目標與范圍，如果所服務的對象是消費者群體，那么研究的目標是明確某種食品或某種服務的碳足跡信息，并以此為參考指導其選擇合理的消費方式；若面對的是食品企業(yè)，則主要關注的是其產(chǎn)業(yè)鏈的評估，細化產(chǎn)業(yè)鏈內的排放負荷，從而找出關鍵控制點，通過采取有效的碳減排措施以符合國家相關的制度要求、兌現(xiàn)清潔生產(chǎn)的減排承諾及應對國際上可能面對的碳壁壘[22]。研究范圍包括確定功能單位和劃分系統(tǒng)邊界。

1.2.1 功能單位

食品是一類具有復雜功能性的產(chǎn)品，功能單位是指用于食品碳足跡分析的重要參考單位，選擇時應綜合考慮分析對象的獨特性、服務對象的差異性、計算的便捷性以選擇便于比較、方便理解的功能單位[23-24]。目前廣泛使用的功能單位有單位產(chǎn)品質量、單位產(chǎn)品體積、單位營養(yǎng)素含量等多種量化指標。柳楊等[25]采用LCA法對寧夏某企業(yè)干果進行了碳足跡評價，在農(nóng)作物種植至倉儲運輸?shù)闹芷趦仁褂昧嗣壳Э髓坭礁晒麨楣δ軉挝?。Zhu Zhiwei等[26]在研究熟米飯冷卻方式對碳足跡的影響中，選擇了單位包裝盒米飯從50 ℃降至10 ℃的溫度變化區(qū)間為功能單位，比較不同單元操作下的碳足跡。Roibás等[27]分析了來自馬耳他的10余種果汁的碳足跡，并以250 mL的瓶裝果汁為功能單位，從植物源產(chǎn)品供應鏈的角度提出了針對性的碳減排措施。Xu Zhongyue等[28]針對19種富含碳水化合物的食品進行了碳足跡評估，在前人研究的基礎上對比了以質量、能量、葡萄糖含量以及分別由11種和21種營養(yǎng)素組成的兩個綜合營養(yǎng)素指數(shù)為功能單位的碳排放結果。此外，對于農(nóng)產(chǎn)品的分析常選擇以產(chǎn)量為功能單位，以方便比較農(nóng)場規(guī)模、生產(chǎn)區(qū)域之間碳足跡的差異性[29-30]。

1.2.2 系統(tǒng)邊界

系統(tǒng)邊界定義了研究系統(tǒng)內所要核算的過程單元，具體邊界的劃分應遵循所研究對象的規(guī)律，從而精確地梳理出產(chǎn)品在系統(tǒng)內的輸入源與輸出源[31]。食品的全生命周期應包括原材料輸入階段、農(nóng)場階段、生產(chǎn)階段、銷售階段、消費者階段、廢棄物處置階段。農(nóng)產(chǎn)品的碳足跡評估常常將范圍界定為“搖籃到農(nóng)場”，即從化肥、農(nóng)藥、大棚、殺蟲劑等原材料生產(chǎn)開始至農(nóng)作物成熟結束；若分析對象為某特定食品生產(chǎn)過程的碳足跡，則系統(tǒng)邊界應劃分為“搖籃到銷售”，即從食品所有原輔料、包裝材料的生產(chǎn)開始至銷售時的倉儲運輸結束（圖3）。當然，食品的全生命周期應該從所有原料的生產(chǎn)至最終產(chǎn)品生命周期的終點——廢物處置階段，即“搖藍到墳墓”，實際運用時應綜合考慮研究對象、數(shù)據(jù)來源和應用預期[32]。

圖3 系統(tǒng)邊界示意圖[32]Fig. 3 Schematic diagram of system boundary[32]

1.3 清單分析

確定研究目標、劃分系統(tǒng)邊界后，研究人員應在本階段分析食品生命周期的排放清單，對研究范圍內的輸入源與輸出源進行量化匯總，具體工作包括食品產(chǎn)業(yè)鏈排放源和數(shù)據(jù)收集與匯總。

1.3.1 食品產(chǎn)業(yè)鏈排放源

為進一步確定產(chǎn)業(yè)鏈內各個階段的溫室氣體排放源，研究人員可從以下6個角度進行探討：土地類型變更、原材料獲取與加工、產(chǎn)品加工、倉儲運輸、銷售消費和廢棄物處置，圖4為食品全生命周期階段的排放清單示意圖。

圖4 生命周期內的碳排放清單示意圖Fig. 4 Schematic diagram of carbon emission inventory during the life cycle

隨著人口數(shù)量的增長，人們對谷物、肉制品、乳制品等食品的需求日益增大，這成為了森林等自然資源轉化為農(nóng)牧業(yè)用地的主要驅動力[31-33]。根據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球適宜人類居住的土地有一半被用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，森林、灌木、草原、濕地不斷被轉化為農(nóng)業(yè)用地和工業(yè)生產(chǎn)用地等。工業(yè)革命以來，人類對自然資源的集約化利用改變了動物的棲息地，給生物多樣性帶來嚴重威脅[34-35]。在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，土地類型變化往往會直接導致溫室氣體（CO2、N2O）的排放。土壤中的微生物及表層的植被通過光合作用，將無機碳轉化為有機碳儲存在生物內即生物固碳，而農(nóng)業(yè)耕作、人工牧場的出現(xiàn)會大量消耗土壤中的有機碳，從而導致土壤中CO2排放至大氣中；因此，在耕作時必須投入大量有機物質才能保持土壤碳平衡[36]。N2O也是一種常見的農(nóng)業(yè)溫室氣體，源于土壤微生物中的硝化反應，作為副產(chǎn)物從土壤中逸散至大氣中，受土壤特性、農(nóng)作物種類、人類活動和外界氣候條件的影響。原材料的獲取階段包括農(nóng)作物種植、畜產(chǎn)品養(yǎng)殖、化肥的生產(chǎn)使用以及農(nóng)資能耗，排放的溫室氣體包括CH4、N2O和CO2[37]。CH4主要來源于水稻生產(chǎn)、反芻動物的腸道發(fā)酵、牲畜的糞便發(fā)酵。稻田系統(tǒng)中化肥的施用不僅排放了大量CH4和N2O，更極易污染土壤和地下水，水稻生長時水下部分的有機物也會被厭氧菌分解產(chǎn)生CH4，會受水稻生長條件、植物根系活動和土壤條件的影響[38]。在厭氧條件下，反芻動物瘤胃中的微生物群對飼料中的纖維素進行酵解，生成揮發(fā)性脂肪酸、H2和CO2，并最終被產(chǎn)甲烷古菌分解產(chǎn)生CH4，通過排氣的方式釋放至大氣中[39]。同樣的，牲畜糞便的管理不當也會在一定條件下產(chǎn)生CH4。該階段的CO2主要來自農(nóng)資的使用消耗、化石燃料的燃燒，如農(nóng)業(yè)用拖拉機、播種機、收割機等農(nóng)用機械的使用，造成了CO2的大量排放。該階段的N2O主要來自于化肥的施加，部分氮會被植物利用，剩余的氮則會殘留在土壤中以N2O的形式逸散，所以在農(nóng)作物生產(chǎn)過程中施加氮肥會導致N2O的直接排放，也是碳足跡較高的主要因素[40]。食品加工階段主要涉及了設備能耗、包材等輔料的加工，主要是以電能的形式進行能量轉換。倉儲運輸和零售消費階段包含食品冷藏儲存和運輸過程，主要是以電能、制冷劑、交通工具能耗的形式體現(xiàn)。冷鏈系統(tǒng)旨在保障食品的營養(yǎng)與質量安全，在食品的儲存運輸中盡可能減少食品的損失[41]，制冷過程中發(fā)生制冷劑逸出時，也會產(chǎn)生少量氫氟碳化合物，從而造成溫室效應[42-43]。當前的廢物處置辦法大多采取填埋和焚燒，這會產(chǎn)生苯、二噁英等大量有毒有害氣體，造成空氣污染。為盡量減少對環(huán)境的影響，應對直接回收的食品包裝進行回收，對不可回收的材料采取自然降解或厭氧降解的方法，其產(chǎn)生的生物能源如C2H5OH、CH4等可充當燃料循環(huán)使用[44]。

除上述CO2、CH4、N2O 3種常見的溫室氣體外，貢獻度較大的溫室氣體還有全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）等?！毒┒紖f(xié)定書》中列出了6種主要的溫室效應貢獻氣體[45]，表1為6種主要的溫室氣體的GWP值，GWP是在100 年的時間框架內，各種溫室氣體的溫室效應對應于相同效應二氧化碳的質量，如根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第5次評估報告的最新數(shù)據(jù)顯示，CH4100 年的GWP值為28[46-47]。

表1 部分溫室氣體的GWP[46-47]Table 1 Global warming potential of some greenhouse gases[46-47]

1.3.2 數(shù)據(jù)收集與匯總

一般來說，需要收集的數(shù)據(jù)是活動水平數(shù)據(jù)和排放因子，活動水平數(shù)據(jù)指食品生命周期內所消耗材料或能源的數(shù)據(jù)參數(shù)，排放因子是指每一活動單位產(chǎn)生的溫室氣體的質量[48]。數(shù)據(jù)的來源包括初級數(shù)據(jù)和次級數(shù)據(jù)，初級數(shù)據(jù)是食品生產(chǎn)各原料的直接消耗量、機械運轉時能源消耗量、產(chǎn)品實際產(chǎn)量等，是與目標食品本身直接對應的數(shù)據(jù)，而次級數(shù)據(jù)指同類別的材料或階段的通用參數(shù)，如國家部門統(tǒng)計量等，一般數(shù)據(jù)收集時應盡可能采用初級數(shù)據(jù)，若初級數(shù)據(jù)難以獲得則可用次級數(shù)據(jù)代替[22]。

1.4 影響評價

影響評價過程根據(jù)清單分析收集所得的數(shù)據(jù)進行匯總，將不同類型溫室氣體的活動水平、對應的排放因子以及IPCC最新公布的GWP值相乘后累加，計算出給定系統(tǒng)邊界內的碳足跡，一般以產(chǎn)品總計產(chǎn)生二氧化碳當量（CO2eq）表示[19-20]。食品碳足跡按下式[49]計算。

式中：CF為食品碳足跡/kg CO2eq；Ai為第i種溫室氣體的活動水平/kg；γi為第i種溫室氣體的排放因子；GWPi為第i種溫室氣體的GWP值/（kg CO2eq/kg）。

該階段僅針對碳排放清單內的數(shù)據(jù)進行計算，不包括系統(tǒng)邊界以外的環(huán)節(jié)。不同類型食品的碳足跡差異很大，同一類型的食品在不同系統(tǒng)條件下的碳足跡同樣具有較大差異，如運輸條件、溫室儲存條件、銷售條件等[50]。該過程能直觀地對所得數(shù)據(jù)進行比較，結合橫向對比與縱向對比，為結果解釋提供數(shù)據(jù)支撐。

1.5 結果解釋

結果解釋階段包括敏感性分析和不確定檢查，對核算過程中的局限性做出解釋，并對食品產(chǎn)業(yè)鏈中的關鍵環(huán)節(jié)提出碳減排建議[51]。敏感性分析是通過改變一系列相關因素來觀察其對最終結果的貢獻程度，本質上是通過比較不同因素的改變量與結果改變量的比值來確定，比值越大表示其貢獻程度越大[52]。數(shù)據(jù)收集時原則上應盡可能采用較準確的數(shù)據(jù)，但是對于某些參數(shù)因過程復雜、方法欠缺及系統(tǒng)自然變化等而具有不確定性，比如土地類型變更、商品處于流通過程等。所以，在結果解釋階段應進行不確定檢查，針對數(shù)據(jù)的來源，評估分析數(shù)據(jù)的真實性[53]。

2 食品碳足跡的國內外研究趨勢

為了進一步明確國內外食品碳足跡的發(fā)展前景及研究熱點，本文使用Cite space軟件進行了食品碳足跡相關文獻的計量分析，以實現(xiàn)研究領域內的可視化，展現(xiàn)未來食品碳足跡的發(fā)展趨勢[54]。Cite space軟件分析原理是利用科學計量學和數(shù)據(jù)信息可視化來挖掘文獻中的關鍵信息和熱點，通過構建合作信息和共現(xiàn)網(wǎng)絡來實現(xiàn)研究數(shù)據(jù)的可視化，故對年發(fā)文量變化、國家科研合作、共被引文獻分析3個方向進行了可視化分析[54-55]。

2.1 文獻數(shù)據(jù)檢索方式

檢索文獻目標數(shù)據(jù)庫為Web of Science核心合集，檢索年份為1985—2021年，設定檢索條件為“carbon footprint* And food”。文獻導出后使用Cite space軟件對缺少信息、重復的文獻進行精煉后得到1 231 篇文獻，TOP N閾值設置為50，不進行任何的裁剪計算。

2.2 年發(fā)文量變化

圖5為食品碳足跡研究文獻的年發(fā)文量變化，首先從Web of Science數(shù)據(jù)庫中導出文獻數(shù)據(jù)，經(jīng)過篩選得到1999—2021年的文獻分布。在1999—2020年間，發(fā)文量逐年增加，2008年之前每年出版的文獻不到5 篇，2008年英國在世界上首次發(fā)布碳足跡評價規(guī)范[2]，這表明該時間段內食品碳足跡研究正處于起步階段。2009年以后食品碳足跡相關的發(fā)文量迅速增加，其領域內發(fā)展迅速；2020年增速最快，較2019年文獻數(shù)目增加53 篇，由于本文整理工作更新日期為2021年1月23日，所以2021年呈現(xiàn)的文獻數(shù)目僅代表截至1月23日的文獻數(shù)目，預測在此趨勢下，2021年之后的發(fā)文量又將達到新的峰值。

圖5 食品碳足跡年發(fā)文量變化Fig. 5 Annual changes in the number of publications concerning food carbon footprint

2.3 國家科研合作

國家科研合作包括國家間合作和機構間合作，在食品碳足跡相關的研究領域內約有52個國家和235個機構參與其中，表2和圖6分別為1999—2021年發(fā)文量排名前10的國家及其科研合作網(wǎng)絡圖。節(jié)點之間的連線代表了國家間的合作，圖頂部的顏色欄代表著時間軸，與連線的年份相對應。中心性是評價節(jié)點在網(wǎng)絡圖中貢獻度大小的重要指標，其大小用紫色圓環(huán)的厚度表示[55-56]，圖6反映了一個國家在食品碳足跡研究領域中的國際地位，圓環(huán)內不同的顏色和厚度代表著合作的階段和頻率，國家間合作的頻率越高，圓環(huán)的厚度越大。美國是食品碳足跡領域內發(fā)表文獻最多的國家，數(shù)量達253 篇，中心性最大，在研究領域內地位最高。意大利發(fā)文量排名第4，中心性僅次于美國，未來有極大的發(fā)展?jié)摿?。雖然我國發(fā)文量位列第2，僅次于美國，但中心性數(shù)值卻位列第5，所以我國應進一步加大國際合作，以便掌握在食品碳足跡研究的主動權。

表2 1999—2021年國家發(fā)文量排名Table 2 Ranking of countries by the number of publications from 1999 to 2021

表3和圖7分別顯示了發(fā)文量排名前10位的科研機構以及它們之間的科研合作關系，節(jié)點之間的連線代表了機構之間的合作。其中多數(shù)科研機構為高校，來自丹麥的奧胡斯大學（Aarhus University）中心性第一，說明其在食品碳足跡領域中的貢獻度是最高的。來自中國的研究機構有3個，分別是中國科學院、中國科學院大學和中國農(nóng)業(yè)大學，中國科學院發(fā)文量最多，中心性第二，這些數(shù)據(jù)表明我國在食品領域內的碳足跡研究有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

圖6 國家間合作網(wǎng)絡圖Fig. 6 Network diagram of cooperation among countries

表3 發(fā)文量前十的科研機構Table 3 Top 10 universities or research institutions according to the number of publications

圖7 機構間合作網(wǎng)絡圖Fig. 7 Network diagram of cooperation among universities and research institutions

2.4 共被引文獻分析

表4為1999—2021年期間碳足跡研究在食品領域內的前5 篇高被引文獻，來源于4種不同的期刊。其中有2 篇文獻來自于世界頂刊Nature，Tilman等[57]主要研究了環(huán)境、飲食和人類健康的關系，探討了如何通過改變飲食模式來提高人類健康水平、減少全球農(nóng)業(yè)的溫室氣體排放，并分析了該問題在環(huán)境保護和公共衛(wèi)生方面的重要性。De Vries等[58]比較了不同種類畜產(chǎn)品對環(huán)境的影響，結果表明生產(chǎn)單位質量的牛肉造成了大規(guī)模的溫室氣體排放并占用大量的土地，是未來最需要關注的食品之一。Foley等[59]對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提出了針對性的碳減排措施，提倡通過減少食物浪費、優(yōu)化土地結構、提高種植效率等方式減少農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對環(huán)境的影響。僅僅通過提高生產(chǎn)效率不足以有效減少溫室氣體排放水平，更重要的是推動人們改變消費方式，如增大植物源蛋白在飲食中的比重，減少肉類、乳類等高碳排放食品的攝入，減少食物浪費等[60-61]。

表4 共被引文獻前五位Table 4 Top five most cited papers on carbon footprint

3 討 論

3.1 面臨的挑戰(zhàn)

當下食品碳足跡評價面臨的挑戰(zhàn)主要為分析對象的復雜性和結果的矛盾性。首先，食品碳足跡的分析對象具有復雜性，應用的領域包括糧谷類、果蔬類、肉類和乳類產(chǎn)品，在實際研究中應根據(jù)實際對象確定研究范圍和功能單位。在稻谷方面，如Zhang Dan等[62]基于LCA法估算了中國玉米、小麥、大米的碳足跡，結果分別為0.48、0.75 kg CO2eq和1.6 kg CO2eq，高于美國、印度等國家的平均水平，其主要的影響因素包括氮肥的施加量、農(nóng)資能耗、秸稈燃燒和稻田的CH4排放。王上等[63]對比了“春綠豆-夏玉米”和“冬小麥-夏玉米”兩種不同種植方式下的產(chǎn)量、收益和碳足跡差異，發(fā)現(xiàn)“春綠豆-夏玉米”模式較后者收益增加20.2%，單位面積和單位產(chǎn)值的碳足跡均減少35%以上，可見前者在收益和碳足跡上均有較大優(yōu)勢，有良好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。在果蔬方面，Ribal等[64]分析了原產(chǎn)于西班牙的瓦倫西亞橙，從種植到收獲的周期內對比了有機和傳統(tǒng)方式橙子種植的碳足跡差異，每千克有機橙子和普通橙子的碳足跡分別是0.82 kg CO2eq和0.67 kg CO2eq，兩者數(shù)值的差異性源于農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的差異性，兩者在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的貢獻度分別為19.8%和34.1%。容耀坤等[65]將LCA理論與果汁生產(chǎn)實際相結合，得出每330 mL瓶裝果汁的碳足跡0.267 kg CO2eq，發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化包裝材料、改進設備工藝等措施，每條生產(chǎn)線能夠實現(xiàn)碳減排1 620 t，根據(jù)當?shù)氐奶冀灰资袌鰞r預計能帶來5.8萬 元的經(jīng)濟效益。Buratti等[66]對意大利牛肉的生產(chǎn)系統(tǒng)進行了碳足跡分析，將有機農(nóng)場和傳統(tǒng)農(nóng)場進行對比，研究得出有機農(nóng)場系統(tǒng)中每千克牲畜產(chǎn)生的碳足跡為24.6 kg CO2eq，較傳統(tǒng)系統(tǒng)的排放量多出了30%，其中牲畜腸道發(fā)酵貢獻了50%以上的溫室氣體排放，最后從飼料生產(chǎn)、腸道發(fā)酵、糞肥管理和土壤碳平衡的角度提出了改進措施。Espinoza-Oria等[67]對西方典型的方便食品——三明治進行了分析，認為每個三明治的碳足跡取決于食材組成，但是自制三明治的碳足跡仍低于商業(yè)在售的三明治，并提出了包括優(yōu)化配方、改進包裝模式、引導消費者購買行為等一系列改進方案。

分析結果具有矛盾性，選取不同的功能單位往往會獲得不同的分析結果，這給之后的數(shù)據(jù)比較、匯總帶來不便。Vergé等[68]在對加拿大11種乳制品進行碳足跡核算中，發(fā)現(xiàn)每千克奶酪、奶粉、黃油的碳足跡明顯高于其他產(chǎn)品，分別為5.3、10.1、7.3 kg CO2eq，若以每千克蛋白質計算，則奶油、酸奶油、黃油的碳足跡最高，分別為83、78、730 kg CO2eq。由于某些產(chǎn)品蛋白質含量很低，導致其單位蛋白質的碳足跡很大，因此，普通的單位成分可能不適合作為功能單位使用，同時功能單位的確定應從食品的實際功能出發(fā)，考慮當?shù)氐娘嬍程卣骷笆称返墓δ苄詸嘀?。以牛奶為例，在某些地區(qū)由于宗教或生活習慣的不同，牛奶并不是作為蛋白質補充營養(yǎng)，而是用于滿足水分攝入需求、食物送服、洗浴等，在這種情況下，比較牛奶與其他飲料的碳足跡時顯然以單位體積為單位更為合適[32]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的碳足跡往往通過單位產(chǎn)量產(chǎn)生的CO2eq表示，假如其在生產(chǎn)中超額添加殺蟲劑、滅菌劑、除草劑等農(nóng)業(yè)用劑，可短時間內提高其產(chǎn)量以降低單位產(chǎn)量的碳足跡，但是這樣也會污染土壤及地下水，對環(huán)境產(chǎn)生新的影響。因此，在食品生產(chǎn)中控制溫室氣體排放的同時應避免引入新的影響因子。Balafoutis等[69]采用了精準農(nóng)業(yè)技術，通過控制播種、農(nóng)藥噴灑、施肥、灌溉等因素，在時間和空間上減少農(nóng)業(yè)投入以實現(xiàn)碳減排。每種功能單位都有其自身的局限性，為所有種類的食品找到一個共同的功能單位仍任重而道遠。為避免實際評估過程中因不確定性產(chǎn)生誤判，可使用多種功能單位從多個角度進行評價，盡可能避免采用單一的功能單位[68]；因此，應盡快建立一個關于食品碳足跡核算的統(tǒng)一功能單位，以降低對于不同食品比較的局限性。

3.2 政策環(huán)境

在國際上受經(jīng)濟全球化的影響，世界經(jīng)濟呈現(xiàn)出了低碳全球化的特征，“減排降碳、碳達峰、碳中和”成為國際關注的焦點，溫室效應、資源枯竭、生態(tài)系統(tǒng)失衡等問題也促使越來越多的國家攜手合作，采取措施共同應對氣候變化。據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全球目前已有54個國家實現(xiàn)碳達峰，多數(shù)為發(fā)達國家，至2030年將有包括中國在內的58個國家達到碳峰值。美國碳排放達峰的年份為2007年，碳排放總量約為74.16億 t，人均碳排放量約為24.5 t。受新冠疫情的影響，其2020年能源燃燒碳排放總量降至45.74億 t，較2019年下降了11個百分點，新任總統(tǒng)拜登也宣布將重返《巴黎協(xié)定》，通過優(yōu)化能源結構、推廣能源電子信息技術、推行市場優(yōu)惠政策等措施以實現(xiàn)2050年碳中和的目標[70-71]。歐盟最早有9個成員國已于1990年實現(xiàn)碳達峰，碳排放總量約為48.54億 t，人均碳排放量約為11.3 t，主要源于能源消耗和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[70]。日本于2013年出現(xiàn)碳排放峰值，碳排放總量為14.08億 t，人均碳排放量為11.2 t，碳達峰是實現(xiàn)碳中和的基礎，美國、歐盟、日本提出的碳中和的目標時間均為2050年，并推出一系列政策來保障實施[70,72]。

2015年12月《巴黎協(xié)定》在巴黎氣候變化會議上正式通過，確定了“公平、共同、能力與責任并重”的原則，要求各國依據(jù)國情自主制定減排方案，力爭在21世紀下半葉實現(xiàn)全球范圍內的碳排放與清除間的平衡[73]。我國是《巴黎協(xié)定》積極的奠定者和貢獻者，同時作為世界上負責任的大國，積極響應全球氣候治理，我國對碳減排政策的態(tài)度是“主動參與、積極倡導”。2017年我國多個城市成立了全國性的碳排放權交易市場，利用市場的調控作用推動相關責任方自發(fā)地控制碳排放[74]。2020年9月我國在聯(lián)合國第75屆大會以及氣候雄心峰會上表示，在2030年前抵達碳排放高峰，將力爭在2060年前實現(xiàn)碳中和，2030年將實現(xiàn)非化石能源消費比重達到一次能源的1/4，提高森林蓄積量及清潔能源發(fā)電的總裝機容量，推動人類命運共同體的構建[75-76]。

低碳全球化促進了發(fā)達國家與發(fā)展中國家間的合作，但也導致了碳貿(mào)易壁壘的產(chǎn)生和全球性貿(mào)易保護主義的抬頭，發(fā)達國家為縮短與發(fā)展中國家之間的貿(mào)易逆差對其碳排放較高的產(chǎn)品征收碳稅、提高貿(mào)易門檻，這也給我國發(fā)展國際貿(mào)易、實現(xiàn)經(jīng)濟轉型帶來了極大的挑戰(zhàn)[77]。

3.3 消費者購買行為

碳標簽是一種產(chǎn)品對環(huán)境的影響標識，將產(chǎn)品生命周期內的碳足跡信息以標簽的形式呈現(xiàn)給消費者，從而影響消費者對商品的選擇傾向性，也能通過市場的調節(jié)作用來推動企業(yè)做出碳減排行動[78-79]。消費者在購買食品時主要關注的是其價格、營養(yǎng)、質量等特性，因此可通過標簽的形式盡可能向消費者呈現(xiàn)食品完整的屬性，并從營養(yǎng)的角度引導消費者選擇更為健康的飲食模式，如增大植物蛋白的攝入比例。Heusala等[80]認為植物蛋白較動物蛋白在土地利用、碳排放、環(huán)境污染等方面更具有優(yōu)勢，人們可以通過減少動物蛋白的攝入來降低溫室氣體排放。Nijdam等[61]對畜牧業(yè)和水產(chǎn)漁業(yè)的52種動物和植物蛋白源產(chǎn)品的碳足跡進行了比較分析，結果顯示每千克動物源與植物源產(chǎn)品的碳足跡差異高達100 倍，總體上看，動物源食品在碳排放、土壤污染、廢棄物等對環(huán)境的影響方面遠遠超過植物源食品。在土地利用上，肉類、水產(chǎn)類、乳制品等生產(chǎn)約占用了全球83%的耕地，貢獻了56%～58%的氣體排放量，卻僅僅提供了37%的蛋白質和18%的熱量，以牛羊為代表的反芻動物單位蛋白質排放量約為豆類的250 倍[10,81]。因此有必要對消費者的購買行為進行深入研究，以碳足跡標簽的形式向消費者呈現(xiàn)出清晰的量化指標，鼓勵消費者選擇營養(yǎng)均衡、低碳環(huán)保、環(huán)境友好的食品，即在健康飲食的基礎上選擇碳排放量較少的食品，從食品的最終服務對象入手，將市場調控作用與食品產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化結合起來。

4 結 語

基于LCA理論對食品進行碳足跡分析是一個復雜的過程，所以應在考慮分析對象獨特性的基礎上應盡可能全面地收集數(shù)據(jù)和理論依據(jù)[1]。本文在生命周期視角下闡述了食品碳足跡評價模型，LCA理論包括目標與研究范圍、清單分析、影響評價、結果解釋4個步驟，重點敘述了功能單位、系統(tǒng)邊界和食品產(chǎn)業(yè)鏈排放源的劃分，完善了食品碳足跡的評估模型。同時本文還對1985—2021年Web of Science數(shù)據(jù)庫內食品相關碳足跡的研究進行了可視化分析，從年發(fā)文量變化、國家科研合作和共被引文獻分析的角度實現(xiàn)了對食品碳足跡研究領域的進展可視化，以發(fā)現(xiàn)關鍵信息和未來的熱點。最后討論了碳足跡評價在食品領域內面臨的挑戰(zhàn)、當下的政策環(huán)境以及消費者的購買行為，結合國內外的應用案例探討了該理論模型應用于食品環(huán)境評價的可行性。

碳標簽的出現(xiàn)有助于人們量化所購買食品以及所享受服務所產(chǎn)生的碳足跡，能夠衡量人類的生產(chǎn)消費活動對溫室效應的影響，推動食品相關的生產(chǎn)者優(yōu)化生產(chǎn)方式、改進工藝，切實推進產(chǎn)業(yè)鏈的碳減排進度，響應國家低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的號召，同時也能營造一種良好的社會氛圍以促進消費者選擇健康低碳的飲食或消費習慣。國外部分組織和機構早已對碳足跡標簽進行了理論和實踐探索，而我國仍處于起步階段，尚未大規(guī)模推廣，因此我國未來的發(fā)展目標應該是推動食品企業(yè)的資源和技術轉型，保障我國“2060年碳中和戰(zhàn)略目標”的如期達成，同時應擴大與國外先進企業(yè)的合作，盡快完善碳貿(mào)易預警機制，為未來可能到來的碳貿(mào)易壁壘做好準備[82]。未來在對某一食品進行環(huán)境影響評估時僅考慮碳足跡是不全面的，具有很大的局限性，故可以將碳足跡、水足跡、生態(tài)足跡納入“足跡家族”的綜合足跡模型，通過3個指標間的信息互補，全面監(jiān)測人類的生產(chǎn)消費行為對環(huán)境的影響，以彌補單靠碳足跡難以全面體現(xiàn)其對環(huán)境造成的壓力的不足[83]。隨著低碳全球化的出現(xiàn)，控制溫室氣體排放成為世界各國關注的焦點，目前國家間的碳達峰、碳中和進展不一，未來我國食品產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)低碳化和可持續(xù)發(fā)展模式的轉型仍任重而道遠。