廖 晶，謝如鶴，瑭 杰，唐海洋，羅湖橋，陳梓博

（廣州大學(xué)工商管理學(xué)院，廣東 廣州 510006）

我國是世界上最大的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)國和消費國，生鮮農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一位，在我國居民消費支出中，生鮮類食品的比例已達(dá)58.7%。根據(jù)國家統(tǒng)計局2016年發(fā)布的數(shù)據(jù)，我國鮮活農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)量為13億t，其中果蔬、蔬菜、肉類、水產(chǎn)類、蛋類、牛奶類等生鮮農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量分別為28 351.10萬、79 779.71萬、8 537.76萬、6 901.25萬、3 094.86萬、3 602.20萬t，近10年保持4%左右的增長速度。然而，我國農(nóng)產(chǎn)品的流通還處于傳統(tǒng)模式，其流通過程中的腐損率仍舊很高，為減少農(nóng)產(chǎn)品損耗，提高農(nóng)民收入，近幾年部分地區(qū)已經(jīng)開始普及冷鏈流通模式。然而，隨著冷鏈物流的快速發(fā)展，冷鏈物流活動過程中產(chǎn)生的能耗對環(huán)境的影響也越來越顯著。冷鏈物流是將制冷業(yè)與交通運輸業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著日益完善的基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)設(shè)備的增加，二氧化碳排放量也顯著增加，其對環(huán)境的影響不容忽視。

目前，國內(nèi)外對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈碳排放的相關(guān)研究中，在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)方面，張帆等［1］對果類農(nóng)產(chǎn)品生命周期的碳足跡進(jìn)行了核算，并以臍橙為例進(jìn)行了測算。薛建福等［2］運用生命周期法分析了山西省小麥不同功能單位的碳足跡動態(tài)變化情況。張雄智等［3］采用生命周期法對華北平原的特定農(nóng)產(chǎn)品面粉生產(chǎn)過程的碳足跡進(jìn)行了計算。在農(nóng)產(chǎn)品流通方面，Strut等［4］采用生命周期法對水產(chǎn)品的碳足跡進(jìn)行了研究及評價。Benjaafar等［5］通過將碳足跡應(yīng)用于供應(yīng)鏈中并構(gòu)建其測算模型，并以牛奶供應(yīng)鏈為研究對象進(jìn)行了實證分析。Carlsson-Kanyama［6］運用命周期法，以不同食品為研究對象對其不同環(huán)節(jié)中的碳排放量進(jìn)行了測算，并對不同環(huán)節(jié)進(jìn)行比較分析。劉倩晨［7］運用生命周期評價方法對冷鏈物流碳排放進(jìn)行了計算，并以番茄為研究對象，計算了其各環(huán)節(jié)中的碳排放量。馬愛進(jìn)等［8］采用生命周期理論，研究了食物生命周期并討論了其碳排放的核算范圍。蔡依平等［9］利用生命周期評估的方法對冷鏈物流碳足跡進(jìn)行了計算分析。

綜上可見，研究大多對農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程的碳足跡為研究對象或以單一的物流活動為研究對象，針對不同流通模式下的研究較少，相對于常溫流通模式，全程冷鏈流通模式下可以顯著減少農(nóng)產(chǎn)品在物流過程中的損耗，同時還能節(jié)省損耗本身產(chǎn)生的碳排放量。從節(jié)省耕地視角，將損耗部分轉(zhuǎn)換成耕地，從而可間接減少生鮮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放，但冷鏈流通比常溫流通多制冷工藝環(huán)節(jié)，其制冷工藝本身也會產(chǎn)生碳排放，總體效果如何并沒有具體核算。鑒于此，本研究在總結(jié)前人對農(nóng)產(chǎn)品流通碳足跡計算的基礎(chǔ)上，基于全生命周期法建立農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的碳足跡測度模型，其中包括常溫流通碳足跡測度模型和冷鏈鏈流通的碳足跡測度模型。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究主要采用生命周期法，針對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈不同環(huán)節(jié)構(gòu)建模型，對其碳足跡進(jìn)行測算分析，其中主要包括農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、采摘、流通加工、儲存、運輸、銷售、配送、消耗等各環(huán)節(jié)直接和間接的碳排放量。根據(jù)數(shù)據(jù)的可得性，本研究主要采取實驗測算、根據(jù)經(jīng)驗估算、文獻(xiàn)搜集、實際調(diào)研等途徑獲取數(shù)據(jù)。

1.2 研究方法

以農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈為研究對象，從我國目前農(nóng)產(chǎn)品流通模式的實際情況出發(fā)，構(gòu)建碳足跡模型，定量計算其生命周期各個過程的碳足跡，范圍包括生鮮農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)商、批發(fā)商、零售商和消費者。其各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放主要包括直接排放和間接排放，其中直接碳排放是指在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中各個環(huán)節(jié)直接能源消耗而產(chǎn)生的碳排放；而間接碳排放包括的內(nèi)容非常廣泛，如人員體能的消耗、運營的消耗等造成的碳排放等。據(jù)此繪制其生命周期計算邊界圖如圖1所示。

2 碳足跡計算模型構(gòu)建

圖1 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈碳足跡生命周期計算邊界

關(guān)于碳排放的計算規(guī)則和分析方法有很多，如生命周期法、投入產(chǎn)出法、PAS2050等。本研究采用全生命周期法測算農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的各個環(huán)節(jié)碳排放。模型假設(shè)：

（1）兩種不同物流模式的流通時間和距離一樣；

（2）對儲存庫面積、儲存時間農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量、運輸油耗、車輛運行速度等相同的情況進(jìn)行對比。

式中，Z冷鏈為基于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈下冷鏈流通的碳排放量；Z常溫為基于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈下常溫流通的碳排放量；Z生產(chǎn)為產(chǎn)地生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品導(dǎo)致的碳排放量；Z配送為農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到消費者過程中的碳排放量；Z預(yù)冷和儲存為農(nóng)產(chǎn)品預(yù)冷和冷藏過程中的碳排放量；Z儲存為農(nóng)產(chǎn)品儲存過程中的碳排放量；Z廢棄為農(nóng)產(chǎn)品腐爛過程及處理導(dǎo)致的碳排放量。

2.1 生產(chǎn)過程中的碳排放

對于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放，由于受到氣候和客觀環(huán)境的影響，其中大部分是通過實驗測量方法進(jìn)行測量和計算，但實際測算的難度和周期是漫長而復(fù)雜的［10-11］。農(nóng)作物產(chǎn)生的碳排放量主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用的化肥投入、農(nóng)藥投入、塑料膜、柴油投入、灌溉用電以及農(nóng)田氧化亞氮（N2O）的直接排放。具體計算如下［12-17］：

式中，Z冷生產(chǎn)為生鮮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的碳排放總量；n為生鮮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的各種產(chǎn)品投入數(shù)量（化肥、塑料膜、農(nóng)藥、柴油等）；Ii為生鮮農(nóng)產(chǎn)生產(chǎn)過程中的第i種產(chǎn)品投入量；Ci為第i種產(chǎn)品投入的碳排放系數(shù)；GHG為農(nóng)田N2O直接排放量；FN為純氮投入量；為N2O直接排放系數(shù)；為N2O與N2的分子量比重； 298為 N2O轉(zhuǎn) 換為百年尺度上相對全球增溫潛力；為C與CO2的分子量比重。

根 據(jù) 王 占 彪 等［13］、Cheng 等［14］、Yang等［19］的研究成果，本研究對單位產(chǎn)量碳排放進(jìn)行測算，計算公式如下：

式中，CFy為單位產(chǎn)量碳排放量；Ty為生鮮農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)量。

2.2 運輸環(huán)節(jié)碳足跡模型

農(nóng)產(chǎn)品物流中運輸是指農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到消費者手中。常溫流通模式和冷鏈流通模式都能實現(xiàn)物體的空間轉(zhuǎn)移，其不同點主要體現(xiàn)在運輸車輛的不同，常溫運輸?shù)能囕v多采用棉被車，也就是普通的運輸貨車加棉被的方式，而冷鏈運輸?shù)能囕v采用專門的冷藏車，具有制冷保鮮效果。因此運輸環(huán)節(jié)的碳排放主要來源于兩方面：一是車輛行駛過程中的油耗所產(chǎn)生的碳排放，這是兩種模式下都會產(chǎn)生的碳排放；二是冷藏車運輸過程中制冷設(shè)備制冷過程中的碳排放。

2.2.1 車輛行駛碳排放（Z1） 車輛行駛過程中因燃料的使用而產(chǎn)生CO2等溫室氣體的排放，計算公式如下：

式中，Z1為車輛行駛碳排放量；Mij為車輛j在行駛過程中使用i類型燃料量；ci為i類型燃料的單位發(fā)熱；為i類型能源的碳排放系數(shù)；Dij為車輛j的行駛距離；Fij為車輛j的平均油耗水平。

2.2.2 制冷碳排放（Z2） 由于冷鏈運輸，除了車輛行駛產(chǎn)生的能耗外，為了維持生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷藏保鮮運輸所需的溫度，制冷設(shè)備還會產(chǎn)生能耗，對制冷設(shè)備產(chǎn)生的碳排放計算，可運用“轉(zhuǎn)換活動系數(shù)法”。根據(jù)劉廣海等［20］的研究，建立了冷藏運輸環(huán)節(jié)制冷系統(tǒng)的熱負(fù)荷公式，其熱負(fù)荷公式Q(n)可以表示為：

式中，Q(n)為制冷熱負(fù)荷；FK為車廂第k面內(nèi)表面面積；為車廂第k面內(nèi)表面對流交換熱系數(shù)；tik(n)為車廂第k面內(nèi)表面溫度；qc(n)為農(nóng)產(chǎn)品在冷藏運輸過程中的呼吸熱；La(n)為行駛過程中的通風(fēng)及滲風(fēng)過程的熱耗狀況；(cp)o為外環(huán)境的單位熱容；to(n)為行駛過程中的環(huán)境溫度；tr為冷藏廂內(nèi)的空氣溫度。

根據(jù)其熱負(fù)荷計算方法，可得制冷的碳排放計算公式，即：

式中，Z2為冷藏車制冷的碳排放量；δi為i種能源的碳排放系數(shù)；為i種能源的熱值。

通過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)冷鏈運輸過程中制冷產(chǎn)生的碳排放與行駛的時間呈正相關(guān)，車輛行駛時間越長，在運輸過程中制冷產(chǎn)生的碳排放量越多，行駛時間受到運輸距離的限制。分析了聯(lián)合車輛運輸過程碳排放和制冷碳排放的計算方式，其計算模型可以表示為：

2.3 儲存環(huán)節(jié)的碳排放

農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費，儲存主要發(fā)生在產(chǎn)地預(yù)冷、批發(fā)商儲存、零售商儲存、消費者儲存等環(huán)節(jié)，考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，本文主要研究產(chǎn)地預(yù)冷、農(nóng)產(chǎn)品流通期間批發(fā)商、零售商的儲存，相對于常溫儲存環(huán)節(jié)，冷藏環(huán)境含制冷設(shè)備。

2.3.1 冷藏環(huán)節(jié)的碳排（Z31） 冷藏碳排放包括產(chǎn)地預(yù)冷、批發(fā)商儲存、零售商儲存、消費者儲存等環(huán)節(jié)。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性，運用碳排放系數(shù)法，分析計算其碳排放水平，計算公式如下：

2.3.2 常溫銷售環(huán)節(jié)碳排放（Z32） 常溫儲存能耗多少主要跟儲存時間有關(guān)，可直接對其碳排放量進(jìn)行計算：

式中，Z32是農(nóng)產(chǎn)品常溫儲存期間常溫庫碳排放量；為農(nóng)產(chǎn)品常溫儲存時間；為儲存單位農(nóng)產(chǎn)品碳排量。

2.4 廢棄處理的碳排放

農(nóng)產(chǎn)品具有易腐性，本研究主要考慮農(nóng)產(chǎn)品運輸和儲存過程中的貨損情況，研究不同物流模式下的腐爛過程碳排放及處理導(dǎo)致的碳排放。廢棄物的處理方式主要有集合、回收、堆肥、氧化消化、焚化、填埋和露天傾倒。本文主要研究的是填埋方式下農(nóng)產(chǎn)品廢棄物厭氧化的碳排放，具體公式如下：

式中，Z廢棄為廢棄物厭氧分解期間的直接碳排放；Mf為處理單位廢棄物的碳排放量；Q0為生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量；γi為不同模式的腐損率。

綜上所有環(huán)節(jié)的折算，可得出不同流通模式下碳排放的測度模型。模型假設(shè)：

（1）只有1個配送中心，配送的產(chǎn)品為生鮮農(nóng)產(chǎn)品；

（2）市場上對生鮮農(nóng)產(chǎn)品的供給量已知；

（3）配送方式為兩種，一種是常溫流通模式，另一種是全程冷鏈流通模式，配送車的耗能材料、配送路線以及最大載重量相同；

（4）儲存庫的大小和耗能材料相同。

基于以上假設(shè)和現(xiàn)實生活中對生鮮農(nóng)產(chǎn)品配送的模式，本研究對兩種不同的配送方式進(jìn)行對比分析，具體計算模型如下：

3 實證分析

3.1 實例分析

廣州市從化區(qū)有較為成熟的荔枝種植-配送-銷售供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，能全面地反映荔枝產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的模式。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，將上述模型應(yīng)用于從化區(qū)荔枝銷往廣州市區(qū)的案例，通過實際參數(shù)展開分析，對模型進(jìn)行驗證。依據(jù)全生命周期評估法進(jìn)行分析，荔枝供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳足跡計算的邊界包括生產(chǎn)環(huán)節(jié)、流通加工環(huán)節(jié)、貯存環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)、配送環(huán)節(jié)、消費者環(huán)節(jié)以及荔枝腐損帶來的碳排放，如圖2所示。通過設(shè)計實驗的方式，對5 t荔枝分別進(jìn)行全程冷鏈流通和常溫流通各2 d，采用5 t車進(jìn)行配送，運輸距離為83 km，發(fā)現(xiàn)荔枝的全程冷鏈2 d內(nèi)的腐損率γ1為3%，而常溫流通2 d內(nèi)的腐損率γ2為30%，其中常溫流通模式是用普通車運輸，無預(yù)冷環(huán)節(jié)，常溫銷售，無儲存環(huán)節(jié)，兩種運輸方式下的保鮮方式都是泡沫箱加冰，即Δγ=27%。本研究的數(shù)據(jù)獲取方法為實驗設(shè)計、文獻(xiàn)研究以及實際調(diào)研，其中主要環(huán)節(jié)的碳排放數(shù)據(jù)見表1。

圖2 荔枝供應(yīng)鏈主要碳排放環(huán)節(jié)

表1 荔枝全程冷鏈物流中主要環(huán)節(jié)碳足跡

3.2 結(jié)果分析

將數(shù)據(jù)代入上述模型中，全程冷鏈流通模式下2 d內(nèi)的碳足跡為2 468.49 kg，常溫流通模式下2 d內(nèi)碳足跡為2 651.48 kg。從環(huán)境效應(yīng)出發(fā)，荔枝的流通模式應(yīng)采用全程冷鏈；從經(jīng)濟(jì)效應(yīng)出發(fā)，冷鏈流通模式下的荔枝貨架期更長，腐爛率更低。

3.2.1 不同流通模式的碳足跡對比分析 因全程冷鏈的腐損率γ1小于常溫物流的腐損率γ2，則Z1廢棄小于Z2廢棄。因腐損減少的部分可以折算成耕地使用功能，從而間接減少碳排放，即增加產(chǎn)量Q0Δγ，其中 Δγ=（γ2-γ1），從而節(jié)省生產(chǎn)所產(chǎn)生的碳排放Z′生產(chǎn)=Q0ΔγCFy；同時，因腐爛過程及其處理也會產(chǎn)生碳排放，即冷鏈物流也減少了腐爛過程及其處理產(chǎn)生的碳排放Z′廢棄=Q0,既農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈在不同流通方式下碳排放的差值如下：

將數(shù)據(jù)代入上述模型中，常溫流通與冷鏈流通的碳足跡之差為Z=182.99 kg。從節(jié)省耕地視角，采用冷鏈物流流通模式，可以節(jié)省耕地并轉(zhuǎn)換土地使用功能從而間接減少碳排放，雖然冷鏈物流設(shè)施設(shè)備本身與普通物流相比碳排放高，但總體上冷鏈物流的碳排放量還是比常溫流通模式下的碳排放量小。從環(huán)境效應(yīng)出發(fā)，應(yīng)完善相關(guān)低碳政策，提高農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流的流通率。

3.2.2 貨物腐損率對碳足跡的影響 假設(shè)其他參數(shù)不變，全程冷鏈物流腐損率變化的情況下，得到荔枝在不同運輸模式下碳足跡差值Z與腐損率的變化關(guān)系，如圖3所示。隨著全程冷鏈物流流通過程中的腐損率上升，其碳排放總量呈上升趨勢，當(dāng)荔枝在冷鏈物流流通過中的腐損率從0上升到18%時，全程冷鏈的碳足跡從2 429.16 kg上升到2 665.15 kg，而差值Z從222.32 kg降到-13.67 kg,從環(huán)境效應(yīng)出發(fā)，應(yīng)盡可能降低荔枝流通過程中的腐損率,采取全程冷鏈才能有效延長其貨架期，實現(xiàn)減排。

圖3 不同腐損率下的碳足跡

4 結(jié)論與討論

（1）在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)中，與其他環(huán)節(jié)相比較，預(yù)冷包裝環(huán)節(jié)的碳足跡占比較大，其次是生產(chǎn)環(huán)節(jié)。通過分析相同環(huán)境下不同運輸模式的碳足跡發(fā)現(xiàn)，全程冷鏈流通模式的碳足跡為2 468.49 kg，常溫流通模式下2 d內(nèi)的碳足跡為2 651.48 kg。該結(jié)果可為有效測量不同農(nóng)產(chǎn)品流通模式下的碳足跡提供依據(jù)。

（2）對不同流通模式碳足跡對比及腐損率對碳足跡的影響進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)全程冷鏈流通模式的碳足跡比常溫流通模式的碳足跡小，其差值為182.99 kg；而全程冷鏈的腐損率增加時可使得其碳足跡增加，當(dāng)其腐損率達(dá)到18%時，其碳足跡比常溫流通模式的碳足跡要大。由此可見，通過控制全程冷鏈的腐損率，既可以控制食品質(zhì)量的下降，保障食品安全，還可以減少碳足跡，實現(xiàn)低碳運輸，具有良好的社會效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。

（3）本研究結(jié)合不同流通模式的特點，綜合碳足跡計算的相關(guān)原理方法，運用生命周期法構(gòu)建了農(nóng)產(chǎn)品在不同流通模式下不同環(huán)節(jié)碳足跡計算的概念模型，為生鮮農(nóng)產(chǎn)品采用冷鏈運輸?shù)谋匾蕴峁┲?，同時為優(yōu)化低碳冷鏈的運行提供數(shù)據(jù)計算的依據(jù)。

（4）目前我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品的流通率不足30%，常常出現(xiàn)斷鏈現(xiàn)象，今后可對斷鏈碳足跡、常溫碳足跡以及全程冷鏈碳足跡進(jìn)行對比分析，從而更加客觀地測算農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的碳足跡，優(yōu)化碳足跡測算模型。