惠博文，劉 銳，李 健,3,*，孫君茂

（1.北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)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(huì)綠色農(nóng)業(yè)與食物營養(yǎng)專業(yè)委員會(huì)，北京 100081）

近年來隨著人類活動(dòng)的加劇，溫室氣體的排放加快了全球氣候變暖?；剂系娜紵?、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地資源過度開發(fā)等行為也嚴(yán)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(yán)重挑戰(zhàn)[1]。有關(guān)氣候?qū)W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(jì)的影響[2-3]。2020年以來，世界人口數(shù)量突破了70億，預(yù)計(jì)至2050年世界人口將達(dá)到100億，人口增長加劇了對(duì)能源、糧食、環(huán)境等資源的消耗，給世界食品供應(yīng)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(shí)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)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(shí)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(huì)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(nèi)應(yīng)對(duì)氣候變化的具有法律約束性質(zhì)的文件，最終目標(biāo)是盡早實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)碳中和[6]。世界上多家食品公司已經(jīng)宣布了實(shí)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(shí)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(yù)計(jì)相繼在2022年和2025年實(shí)現(xiàn)，美國百事可樂公司也承諾最晚于2040年實(shí)現(xiàn)碳中和[7-8]。

Our World in Data數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示了1800—2020年全球CO2的增長趨勢，自18世紀(jì)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(jì)同樣增長迅速。2018年CO2排放量達(dá)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(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其現(xiàn)代化水平和消費(fèi)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(píng)價(jià)標(biāo)志。但是，因?yàn)樵摦a(chǎn)業(yè)部分領(lǐng)域內(nèi)存在結(jié)構(gòu)不合理、生產(chǎn)方式粗放等問題，又是一個(gè)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(dòng)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(duì)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(xì)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(yīng)鏈這幾個(gè)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(dòng)物的胃腸道發(fā)酵、捕魚的機(jī)械設(shè)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(fèi)產(chǎn)生，小部分由生產(chǎn)動(dòng)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(jī)械設(shè)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(yīng)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(yùn)輸、零售4個(gè)過程，其中溫室氣體的排放主要來源于設(shè)備能耗、制冷劑逸散。在實(shí)際的生命周期中還應(yīng)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(nèi)。

為了深入分析溫室氣體對(duì)環(huán)境的影響程度，碳足跡的概念應(yīng)運(yùn)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(fèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，最早由Wackernagel等[15]提出，在當(dāng)時(shí)引起了世界研究組織和民眾的廣泛關(guān)注。《聯(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(dòng)中產(chǎn)生或釋放的，用以評(píng)估國家、組織及個(gè)人所生產(chǎn)產(chǎn)品或服務(wù)帶來的溫室氣體排放量，其以二氧化碳當(dāng)量（CO2eq）為單位，也是一種衡量對(duì)氣候環(huán)境變化貢獻(xiàn)程度的方法[2]。從世界范圍來看，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展是大勢所趨。

基于以上內(nèi)容，本文以生命周期評(píng)價(jià)（life cycle assessment，LCA）理論為基礎(chǔ)，研究碳足跡在食品產(chǎn)業(yè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，從食品碳足跡量化模型、國內(nèi)外研究趨勢、應(yīng)用討論等角度分析其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用案例，討論分析對(duì)象的復(fù)雜性和分析結(jié)果的矛盾性、國內(nèi)外的政策環(huán)境以及消費(fèi)者購買行為對(duì)碳足跡量化結(jié)果的影響，以期為完善我國食品領(lǐng)域內(nèi)碳足跡評(píng)價(jià)體系、發(fā)展環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)及如期實(shí)現(xiàn)包括食品行業(yè)在內(nèi)的碳中和目標(biāo)提供參考。

1 食品碳足跡量化模型

1.1 生命周期評(píng)價(jià)理論

LCA是進(jìn)行足跡分析的常用工具，是一種以過程為基本出發(fā)點(diǎn)、自下而上的分析方法，用以評(píng)估產(chǎn)品在生命周期過程中對(duì)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(fù)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(chǔ)、運(yùn)輸、消費(fèi)、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(duì)產(chǎn)品碳足跡進(jìn)行量化以評(píng)估對(duì)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(guān)鍵工藝路線，找出影響碳源的關(guān)鍵控制點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)ISO 14040[19]、ISO 14067[20]及英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)PAS 2050[21]等，基于標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)產(chǎn)品碳足跡框架的闡述，食品碳足跡的量化評(píng)估模型可分為目標(biāo)與研究范圍、清單分析、影響評(píng)價(jià)、結(jié)果解釋4個(gè)階段（圖2），并根據(jù)最終得出的系統(tǒng)性結(jié)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(biāo)與研究范圍

食品碳足跡的量化首先是根據(jù)預(yù)期確定所要研究的目標(biāo)與范圍，如果所服務(wù)的對(duì)象是消費(fèi)者群體，那么研究的目標(biāo)是明確某種食品或某種服務(wù)的碳足跡信息，并以此為參考指導(dǎo)其選擇合理的消費(fèi)方式；若面對(duì)的是食品企業(yè)，則主要關(guān)注的是其產(chǎn)業(yè)鏈的評(píng)估，細(xì)化產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的排放負(fù)荷，從而找出關(guān)鍵控制點(diǎn)，通過采取有效的碳減排措施以符合國家相關(guān)的制度要求、兌現(xiàn)清潔生產(chǎn)的減排承諾及應(yīng)對(duì)國際上可能面對(duì)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(fù)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(shí)應(yīng)綜合考慮分析對(duì)象的獨(dú)特性、服務(wù)對(duì)象的差異性、計(jì)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(zhì)量、單位產(chǎn)品體積、單位營養(yǎng)素含量等多種量化指標(biāo)。柳楊等[25]采用LCA法對(duì)寧夏某企業(yè)干果進(jìn)行了碳足跡評(píng)價(jià)，在農(nóng)作物種植至倉儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)闹芷趦?nèi)使用了每千克枸杞干果為功能單位。Zhu Zhiwei等[26]在研究熟米飯冷卻方式對(duì)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(yīng)鏈的角度提出了針對(duì)性的碳減排措施。Xu Zhongyue等[28]針對(duì)19種富含碳水化合物的食品進(jìn)行了碳足跡評(píng)估，在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)比了以質(zhì)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(gè)綜合營養(yǎng)素指數(shù)為功能單位的碳排放結(jié)果。此外，對(duì)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(nèi)所要核算的過程單元，具體邊界的劃分應(yīng)遵循所研究對(duì)象的規(guī)律，從而精確地梳理出產(chǎn)品在系統(tǒng)內(nèi)的輸入源與輸出源[31]。食品的全生命周期應(yīng)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(fèi)者階段、廢棄物處置階段。農(nóng)產(chǎn)品的碳足跡評(píng)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(jié)束；若分析對(duì)象為某特定食品生產(chǎn)過程的碳足跡，則系統(tǒng)邊界應(yīng)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(shí)的倉儲(chǔ)運(yùn)輸結(jié)束（圖3）。當(dāng)然，食品的全生命周期應(yīng)該從所有原料的生產(chǎn)至最終產(chǎn)品生命周期的終點(diǎn)——廢物處置階段，即“搖藍(lán)到墳?zāi)埂?，?shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)綜合考慮研究對(duì)象、數(shù)據(jù)來源和應(yīng)用預(yù)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(biāo)、劃分系統(tǒng)邊界后，研究人員應(yīng)在本階段分析食品生命周期的排放清單，對(duì)研究范圍內(nèi)的輸入源與輸出源進(jìn)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(jìn)一步確定產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)各個(gè)階段的溫室氣體排放源，研究人員可從以下6個(gè)角度進(jìn)行探討：土地類型變更、原材料獲取與加工、產(chǎn)品加工、倉儲(chǔ)運(yùn)輸、銷售消費(fèi)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(nèi)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(duì)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(zhuǎn)化為農(nóng)牧業(yè)用地的主要驅(qū)動(dòng)力[31-33]。根據(jù)聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織的統(tǒng)計(jì)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(zhuǎn)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(duì)自然資源的集約化利用改變了動(dòng)物的棲息地，給生物多樣性帶來嚴(yán)重威脅[34-35]。在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中，土地類型變化往往會(huì)直接導(dǎo)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(jī)碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳儲(chǔ)存在生物內(nèi)即生物固碳，而農(nóng)業(yè)耕作、人工牧場的出現(xiàn)會(huì)大量消耗土壤中的有機(jī)碳，從而導(dǎo)致土壤中CO2排放至大氣中；因此，在耕作時(shí)必須投入大量有機(jī)物質(zhì)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(yīng)，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(dòng)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(dòng)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(shí)水下部分的有機(jī)物也會(huì)被厭氧菌分解產(chǎn)生CH4，會(huì)受水稻生長條件、植物根系活動(dòng)和土壤條件的影響[38]。在厭氧條件下，反芻動(dòng)物瘤胃中的微生物群對(duì)飼料中的纖維素進(jìn)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(dāng)也會(huì)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(jī)、播種機(jī)、收割機(jī)等農(nóng)用機(jī)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(huì)被植物利用，剩余的氮?jiǎng)t會(huì)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(huì)導(dǎo)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(shè)備能耗、包材等輔料的加工，主要是以電能的形式進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。倉儲(chǔ)運(yùn)輸和零售消費(fèi)階段包含食品冷藏儲(chǔ)存和運(yùn)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(zhì)量安全，在食品的儲(chǔ)存運(yùn)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(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量氫氟碳化合物，從而造成溫室效應(yīng)[42-43]。當(dāng)前的廢物處置辦法大多采取填埋和焚燒，這會(huì)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(duì)環(huán)境的影響，應(yīng)對(duì)直接回收的食品包裝進(jìn)行回收，對(duì)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(dāng)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(xiàn)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(yīng)貢獻(xiàn)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(shí)間框架內(nèi)，各種溫室氣體的溫室效應(yīng)對(duì)應(yīng)于相同效應(yīng)二氧化碳的質(zhì)量，如根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第5次評(píng)估報(bào)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(dòng)水平數(shù)據(jù)和排放因子，活動(dòng)水平數(shù)據(jù)指食品生命周期內(nèi)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(dòng)單位產(chǎn)生的溫室氣體的質(zhì)量[48]。數(shù)據(jù)的來源包括初級(jí)數(shù)據(jù)和次級(jí)數(shù)據(jù)，初級(jí)數(shù)據(jù)是食品生產(chǎn)各原料的直接消耗量、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能源消耗量、產(chǎn)品實(shí)際產(chǎn)量等，是與目標(biāo)食品本身直接對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，而次級(jí)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(jì)量等，一般數(shù)據(jù)收集時(shí)應(yīng)盡可能采用初級(jí)數(shù)據(jù)，若初級(jí)數(shù)據(jù)難以獲得則可用次級(jí)數(shù)據(jù)代替[22]。

1.4 影響評(píng)價(jià)

影響評(píng)價(jià)過程根據(jù)清單分析收集所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，將不同類型溫室氣體的活動(dòng)水平、對(duì)應(yīng)的排放因子以及IPCC最新公布的GWP值相乘后累加，計(jì)算出給定系統(tǒng)邊界內(nèi)的碳足跡，一般以產(chǎn)品總計(jì)產(chǎn)生二氧化碳當(dāng)量（CO2eq）表示[19-20]。食品碳足跡按下式[49]計(jì)算。

式中：CF為食品碳足跡/kg CO2eq；Ai為第i種溫室氣體的活動(dòng)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(duì)碳排放清單內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(yùn)輸條件、溫室儲(chǔ)存條件、銷售條件等[50]。該過程能直觀地對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)合橫向?qū)Ρ扰c縱向?qū)Ρ?，為結(jié)果解釋提供數(shù)據(jù)支撐。

1.5 結(jié)果解釋

結(jié)果解釋階段包括敏感性分析和不確定檢查，對(duì)核算過程中的局限性做出解釋，并對(duì)食品產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)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(guān)因素來觀察其對(duì)最終結(jié)果的貢獻(xiàn)程度，本質(zhì)上是通過比較不同因素的改變量與結(jié)果改變量的比值來確定，比值越大表示其貢獻(xiàn)程度越大[52]。數(shù)據(jù)收集時(shí)原則上應(yīng)盡可能采用較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但是對(duì)于某些參數(shù)因過程復(fù)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(jié)果解釋階段應(yīng)進(jìn)行不確定檢查，針對(duì)數(shù)據(jù)的來源，評(píng)估分析數(shù)據(jù)的真實(shí)性[53]。

2 食品碳足跡的國內(nèi)外研究趨勢

為了進(jìn)一步明確國內(nèi)外食品碳足跡的發(fā)展前景及研究熱點(diǎn)，本文使用Cite space軟件進(jìn)行了食品碳足跡相關(guān)文獻(xiàn)的計(jì)量分析，以實(shí)現(xiàn)研究領(lǐng)域內(nèi)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(xué)計(jì)量學(xué)和數(shù)據(jù)信息可視化來挖掘文獻(xiàn)中的關(guān)鍵信息和熱點(diǎn)，通過構(gòu)建合作信息和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)研究數(shù)據(jù)的可視化，故對(duì)年發(fā)文量變化、國家科研合作、共被引文獻(xiàn)分析3個(gè)方向進(jìn)行了可視化分析[54-55]。

2.1 文獻(xiàn)數(shù)據(jù)檢索方式

檢索文獻(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)庫為Web of Science核心合集，檢索年份為1985—2021年，設(shè)定檢索條件為“carbon footprint* And food”。文獻(xiàn)導(dǎo)出后使用Cite space軟件對(duì)缺少信息、重復(fù)的文獻(xiàn)進(jìn)行精煉后得到1 231 篇文獻(xiàn)，TOP N閾值設(shè)置為50，不進(jìn)行任何的裁剪計(jì)算。

2.2 年發(fā)文量變化

圖5為食品碳足跡研究文獻(xiàn)的年發(fā)文量變化，首先從Web of Science數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過篩選得到1999—2021年的文獻(xiàn)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(xiàn)不到5 篇，2008年英國在世界上首次發(fā)布碳足跡評(píng)價(jià)規(guī)范[2]，這表明該時(shí)間段內(nèi)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(guān)的發(fā)文量迅速增加，其領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展迅速；2020年增速最快，較2019年文獻(xiàn)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(xiàn)數(shù)目僅代表截至1月23日的文獻(xiàn)數(shù)目，預(yù)測在此趨勢下，2021年之后的發(fā)文量又將達(dá)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(jī)構(gòu)間合作，在食品碳足跡相關(guān)的研究領(lǐng)域內(nèi)約有52個(gè)國家和235個(gè)機(jī)構(gòu)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(luò)圖。節(jié)點(diǎn)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(shí)間軸，與連線的年份相對(duì)應(yīng)。中心性是評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)圖中貢獻(xiàn)度大小的重要指標(biāo)，其大小用紫色圓環(huán)的厚度表示[55-56]，圖6反映了一個(gè)國家在食品碳足跡研究領(lǐng)域中的國際地位，圓環(huán)內(nèi)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(lǐng)域內(nèi)發(fā)表文獻(xiàn)最多的國家，數(shù)量達(dá)253 篇，中心性最大，在研究領(lǐng)域內(nèi)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(yīng)進(jìn)一步加大國際合作，以便掌握在食品碳足跡研究的主動(dòng)權(quán)。

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(jī)構(gòu)以及它們之間的科研合作關(guān)系，節(jié)點(diǎn)之間的連線代表了機(jī)構(gòu)之間的合作。其中多數(shù)科研機(jī)構(gòu)為高校，來自丹麥的奧胡斯大學(xué)（Aarhus University）中心性第一，說明其在食品碳足跡領(lǐng)域中的貢獻(xiàn)度是最高的。來自中國的研究機(jī)構(gòu)有3個(gè)，分別是中國科學(xué)院、中國科學(xué)院大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，中國科學(xué)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(lǐng)域內(nèi)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(luò)圖Fig. 6 Network diagram of cooperation among countries

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

圖7 機(jī)構(gòu)間合作網(wǎng)絡(luò)圖Fig. 7 Network diagram of cooperation among universities and research institutions

2.4 共被引文獻(xiàn)分析

表4為1999—2021年期間碳足跡研究在食品領(lǐng)域內(nèi)的前5 篇高被引文獻(xiàn)，來源于4種不同的期刊。其中有2 篇文獻(xiàn)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(guān)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(hù)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(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果表明生產(chǎn)單位質(zhì)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(guān)注的食品之一。Foley等[59]對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提出了針對(duì)性的碳減排措施，提倡通過減少食物浪費(fèi)、優(yōu)化土地結(jié)構(gòu)、提高種植效率等方式減少農(nóng)業(yè)系統(tǒng)對(duì)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(dòng)人們改變消費(fèi)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(fèi)等[60-61]。

表4 共被引文獻(xiàn)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(dāng)下食品碳足跡評(píng)價(jià)面臨的挑戰(zhàn)主要為分析對(duì)象的復(fù)雜性和結(jié)果的矛盾性。首先，食品碳足跡的分析對(duì)象具有復(fù)雜性，應(yīng)用的領(lǐng)域包括糧谷類、果蔬類、肉類和乳類產(chǎn)品，在實(shí)際研究中應(yīng)根據(jù)實(shí)際對(duì)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(jié)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(duì)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(jì)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(nèi)對(duì)比了有機(jī)和傳統(tǒng)方式橙子種植的碳足跡差異，每千克有機(jī)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(xiàn)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(shí)際相結(jié)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(jìn)設(shè)備工藝等措施，每條生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排1 620 t，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶冀灰资袌鰞r(jià)預(yù)計(jì)能帶來5.8萬 元的經(jīng)濟(jì)效益。Buratti等[66]對(duì)意大利牛肉的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了碳足跡分析，將有機(jī)農(nóng)場和傳統(tǒng)農(nóng)場進(jìn)行對(duì)比，研究得出有機(jī)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(xiàn)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(jìn)措施。Espinoza-Oria等[67]對(duì)西方典型的方便食品——三明治進(jìn)行了分析，認(rèn)為每個(gè)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(jìn)包裝模式、引導(dǎo)消費(fèi)者購買行為等一系列改進(jìn)方案。

分析結(jié)果具有矛盾性，選取不同的功能單位往往會(huì)獲得不同的分析結(jié)果，這給之后的數(shù)據(jù)比較、匯總帶來不便。Vergé等[68]在對(duì)加拿大11種乳制品進(jìn)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(zhì)計(jì)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(zhì)含量很低，導(dǎo)致其單位蛋白質(zhì)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(shí)功能單位的確定應(yīng)從食品的實(shí)際功能出發(fā)，考慮當(dāng)?shù)氐娘嬍程卣骷笆称返墓δ苄詸?quán)重。以牛奶為例，在某些地區(qū)由于宗教或生活習(xí)慣的不同，牛奶并不是作為蛋白質(zhì)補(bǔ)充營養(yǎng)，而是用于滿足水分?jǐn)z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(shí)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(shí)間內(nèi)提高其產(chǎn)量以降低單位產(chǎn)量的碳足跡，但是這樣也會(huì)污染土壤及地下水，對(duì)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(shí)應(yīng)避免引入新的影響因子。Balafoutis等[69]采用了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)，通過控制播種、農(nóng)藥噴灑、施肥、灌溉等因素，在時(shí)間和空間上減少農(nóng)業(yè)投入以實(shí)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(gè)共同的功能單位仍任重而道遠(yuǎn)。為避免實(shí)際評(píng)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(gè)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，盡可能避免采用單一的功能單位[68]；因此，應(yīng)盡快建立一個(gè)關(guān)于食品碳足跡核算的統(tǒng)一功能單位，以降低對(duì)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(jì)全球化的影響，世界經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出了低碳全球化的特征，“減排降碳、碳達(dá)峰、碳中和”成為國際關(guān)注的焦點(diǎn)，溫室效應(yīng)、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(yīng)對(duì)氣候變化。據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球目前已有54個(gè)國家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，多數(shù)為發(fā)達(dá)國家，至2030年將有包括中國在內(nèi)的58個(gè)國家達(dá)到碳峰值。美國碳排放達(dá)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(gè)百分點(diǎn)，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(jié)構(gòu)、推廣能源電子信息技術(shù)、推行市場優(yōu)惠政策等措施以實(shí)現(xiàn)2050年碳中和的目標(biāo)[70-71]。歐盟最早有9個(gè)成員國已于1990年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)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(dá)峰是實(shí)現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ)，美國、歐盟、日本提出的碳中和的目標(biāo)時(shí)間均為2050年，并推出一系列政策來保障實(shí)施[70,72]。

2015年12月《巴黎協(xié)定》在巴黎氣候變化會(huì)議上正式通過，確定了“公平、共同、能力與責(zé)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(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)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(xiàn)者，同時(shí)作為世界上負(fù)責(zé)任的大國，積極響應(yīng)全球氣候治理，我國對(duì)碳減排政策的態(tài)度是“主動(dòng)參與、積極倡導(dǎo)”。2017年我國多個(gè)城市成立了全國性的碳排放權(quán)交易市場，利用市場的調(diào)控作用推動(dòng)相關(guān)責(zé)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(huì)以及氣候雄心峰會(huì)上表示，在2030年前抵達(dá)碳排放高峰，將力爭在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，2030年將實(shí)現(xiàn)非化石能源消費(fèi)比重達(dá)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(jī)容量，推動(dòng)人類命運(yùn)共同體的構(gòu)建[75-76]。

低碳全球化促進(jìn)了發(fā)達(dá)國家與發(fā)展中國家間的合作，但也導(dǎo)致了碳貿(mào)易壁壘的產(chǎn)生和全球性貿(mào)易保護(hù)主義的抬頭，發(fā)達(dá)國家為縮短與發(fā)展中國家之間的貿(mào)易逆差對(duì)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型帶來了極大的挑戰(zhàn)[77]。

3.3 消費(fèi)者購買行為

碳標(biāo)簽是一種產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響標(biāo)識(shí)，將產(chǎn)品生命周期內(nèi)的碳足跡信息以標(biāo)簽的形式呈現(xiàn)給消費(fèi)者，從而影響消費(fèi)者對(duì)商品的選擇傾向性，也能通過市場的調(diào)節(jié)作用來推動(dòng)企業(yè)做出碳減排行動(dòng)[78-79]。消費(fèi)者在購買食品時(shí)主要關(guān)注的是其價(jià)格、營養(yǎng)、質(zhì)量等特性，因此可通過標(biāo)簽的形式盡可能向消費(fèi)者呈現(xiàn)食品完整的屬性，并從營養(yǎng)的角度引導(dǎo)消費(fèi)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(rèn)為植物蛋白較動(dòng)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(dòng)物蛋白的攝入來降低溫室氣體排放。Nijdam等[61]對(duì)畜牧業(yè)和水產(chǎn)漁業(yè)的52種動(dòng)物和植物蛋白源產(chǎn)品的碳足跡進(jìn)行了比較分析，結(jié)果顯示每千克動(dòng)物源與植物源產(chǎn)品的碳足跡差異高達(dá)100 倍，總體上看，動(dòng)物源食品在碳排放、土壤污染、廢棄物等對(duì)環(huán)境的影響方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xiàn)了56%～58%的氣體排放量，卻僅僅提供了37%的蛋白質(zhì)和18%的熱量，以牛羊?yàn)榇淼姆雌c動(dòng)物單位蛋白質(zhì)排放量約為豆類的250 倍[10,81]。因此有必要對(duì)消費(fèi)者的購買行為進(jìn)行深入研究，以碳足跡標(biāo)簽的形式向消費(fèi)者呈現(xiàn)出清晰的量化指標(biāo)，鼓勵(lì)消費(fèi)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(chǔ)上選擇碳排放量較少的食品，從食品的最終服務(wù)對(duì)象入手，將市場調(diào)控作用與食品產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化結(jié)合起來。

4 結(jié) 語

基于LCA理論對(duì)食品進(jìn)行碳足跡分析是一個(gè)復(fù)雜的過程，所以應(yīng)在考慮分析對(duì)象獨(dú)特性的基礎(chǔ)上應(yīng)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(píng)價(jià)模型，LCA理論包括目標(biāo)與研究范圍、清單分析、影響評(píng)價(jià)、結(jié)果解釋4個(gè)步驟，重點(diǎn)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(píng)估模型。同時(shí)本文還對(duì)1985—2021年Web of Science數(shù)據(jù)庫內(nèi)食品相關(guān)碳足跡的研究進(jìn)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(xiàn)分析的角度實(shí)現(xiàn)了對(duì)食品碳足跡研究領(lǐng)域的進(jìn)展可視化，以發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵信息和未來的熱點(diǎn)。最后討論了碳足跡評(píng)價(jià)在食品領(lǐng)域內(nèi)面臨的挑戰(zhàn)、當(dāng)下的政策環(huán)境以及消費(fèi)者的購買行為，結(jié)合國內(nèi)外的應(yīng)用案例探討了該理論模型應(yīng)用于食品環(huán)境評(píng)價(jià)的可行性。

碳標(biāo)簽的出現(xiàn)有助于人們量化所購買食品以及所享受服務(wù)所產(chǎn)生的碳足跡，能夠衡量人類的生產(chǎn)消費(fèi)活動(dòng)對(duì)溫室效應(yīng)的影響，推動(dòng)食品相關(guān)的生產(chǎn)者優(yōu)化生產(chǎn)方式、改進(jìn)工藝，切實(shí)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的碳減排進(jìn)度，響應(yīng)國家低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的號(hào)召，同時(shí)也能營造一種良好的社會(huì)氛圍以促進(jìn)消費(fèi)者選擇健康低碳的飲食或消費(fèi)習(xí)慣。國外部分組織和機(jī)構(gòu)早已對(duì)碳足跡標(biāo)簽進(jìn)行了理論和實(shí)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(biāo)應(yīng)該是推動(dòng)食品企業(yè)的資源和技術(shù)轉(zhuǎn)型，保障我國“2060年碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)”的如期達(dá)成，同時(shí)應(yīng)擴(kuò)大與國外先進(jìn)企業(yè)的合作，盡快完善碳貿(mào)易預(yù)警機(jī)制，為未來可能到來的碳貿(mào)易壁壘做好準(zhǔn)備[82]。未來在對(duì)某一食品進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)估時(shí)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(gè)指標(biāo)間的信息互補(bǔ)，全面監(jiān)測人類的生產(chǎn)消費(fèi)行為對(duì)環(huán)境的影響，以彌補(bǔ)單靠碳足跡難以全面體現(xiàn)其對(duì)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(guān)注的焦點(diǎn)，目前國家間的碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)展不一，未來我國食品產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳化和可持續(xù)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)型仍任重而道遠(yuǎn)。