基于国家生态足迹账户的海陆养殖产品研究

邵晨, 赵晟, 吴婧慈, 徐晴晴



基于国家生态足迹账户的海陆养殖产品研究

邵晨, 赵晟*, 吴婧慈, 徐晴晴

国家海洋设施养殖工程技术研究中心, 浙江海洋大学, 舟山 316022

海陆养殖产品是人类蛋白质营养摄取的重要来源, 而生态足迹是评价评估人类在获取蛋白质对地球生态系统和环境的影响的重要方法。本文运用国家生态足迹账户分析法核算了我国海水养殖产品和畜牧业产品2009—2014年的生态足迹及2014年的单位蛋白质生态系数。结果表明: 2009—2014年我国海水养殖产品中扇贝的人均生态足迹最高, 从0.0005 hm2增长到0.0007 hm2; 2009—2014年畜牧产品中猪肉的人均生态足迹最高, 从1.2 hm2增长到1.4 hm2; 畜牧产品的人均生态足迹普遍高于海水养殖产品, 畜牧产品人均所需的生物生产性面积是海水养殖产品的2000倍; 由2014年的单位蛋白质生态系数核算得知, 畜牧产品的平均单位蛋白质生态系数为0.1381 hm2·kg–1, 其中羊肉的蛋白质生态系数最高, 达到0.1595 hm2·kg–1, 海水养殖产品的平均单位蛋白质生态系数为0.0020 hm2·kg–1, 其中海水鱼的单位蛋白质系数仅为0.0004 hm2·kg–1。因而在获取同等条件的蛋白质营养供给时, 我们可以优先考虑海水养殖产品, 这样既能改善国民蛋白质营养供给结构, 又能降低生态环境的生态负荷, 同时也是我们发展海洋经济、经略海洋的节点。

海水养殖产品; 畜牧产品; 生态足迹; 蛋白质生态系数

0 前言

联合国可持续发展目标明确指出, 消除饥饿, 实现粮食安全、改善营养和促进可持续农业是我们可持续发展的第二大目标。粮食安全一直是作为世界各国所瞩目的焦点之一, 尤其是以农业作为主导产业的广大发展中国家。根据联合国粮农组织的资料统计, 全世界营养不良人口的比例从2000年至2002年的15%下降到2014年至2016年11%, 全球仍然有约7.93亿人营养不良。中国作为世界上最大的发展中国家, 其庞大的人口基数和不平衡不充分的发展现状需要我们正视中国当前的发展实际。从人均耕地资源、淡水资源匮乏的实际出发, 我们需要合理利用海洋生物资源, 拓宽海洋水产品的发展层次, 逐步建设蓝色粮仓, 确保海洋生态可持续发展[1]。蓝色粮仓旨在保障国家粮食安全, 进一步提升农业资源的可持续发展水平, 为食物供给量的开源提供新的渠道。

生态足迹理念是由加拿大哥伦比亚大学的教授里斯(William E.Rees)在20世纪90年代提出[1], 其定义为在现有的技术条件下, 人类生产满足自身需求资源和吸纳衍生废弃物所占用的生物生产力的土地或水域面积。生态足迹同时评估了人类为满足自身需求所消耗的自然资源量和自然生态系统所提供的生态承载力, 并据此来衡量研究领域的可持续发展状况。具体到某一类产品的生态足迹核算, Elena Alexandra Mamouni Limnios利用投入—产出模型计算了三类苹果生产系统的生态足迹[2]; H.A. Hassard计算了咖啡的碳足迹, 并比较六种替代咖啡产品的碳足迹情况[3]; Charongpun Musikavong根据生命周期评价法核算了泰国橡胶和棕榈油的生态足迹[4]。在国内, 谢鸿宇等利用单位畜牧产品的耗粮量和草地的平均产肉产奶量, 计算出各类单位畜牧产品的生态足迹[5]; 曹淑艳等综合了生命周期理念、物质流分析技术与生态足迹模型, 并根据2010年中国平均生产效率核算了近80种农产品离开生产系统时的生态足迹[6]。海洋生态足迹的研究多数集中在沿海省份海洋经济[7-9]和海洋生态系统[10]方面, 小尺度的海产品领域研究相对较少。考虑到海水养殖产业在蓝色粮仓中的支撑作用, 我们希望通过对单位质量蛋白质海水养殖产品的生态足迹核算和单位质量蛋白质传统畜牧产品的生态足迹核算, 分析这两大类产品的单位质量蛋白质所占的生态足迹, 借此来衡量海陆养殖产品在单位质量蛋白质上的生态占用量, 希望对产品领域的足迹研究有所助益。

1 材料与方法

1.1 数据来源

主要数据来源于《中国渔业统计年鉴2009—2015》、《中国畜牧业年鉴2009—2015》、《中国统计年鉴2009—2015》等。

1.2 研究方法

我们在方法探究上, 借鉴国家生态足迹账户的计算方法, 并用之探索海水养殖产品和畜牧产品的生态足迹估算[11]。在海水养殖产品和畜牧产品的蛋白质生态足迹分析上, 根据食物营养学成分表中蛋白质所占的百分比进行相应的折算[12]。具体到实际的理论依据, 我们是根据国家生态足迹账户的定义, 在给定的国家或地区中, 有关产品产量的生态足迹EFP,在一定程度上代表了产品产量的生物生产性土地的初级需求[13]。主要应用的公式如下:

其中, P代表国家或地区的每种初级产品I的收获量, 也就是产品I的产量; YN,I代表国家或地区内产品I的年平均交易量; YFN,I是国家或地区内产品I的产量因子; YW,I是产品I世界平均交易量; EQFI是产品I不同土地利用方式的均衡因子。本文研究的生态足迹属于生产型生态足迹, 在获取的基础数据主要是产量和养殖面积。在中国的畜牧业生态足迹计算方法中, 谢鸿宇等研究我国畜牧业生态足迹的计算方法, 从牲畜口粮的角度来分析我国畜牧产品的生态足迹[5]。即, 从饲料的消耗来计算相应的生物生产性面积, 或者以牧草地的牲畜承载量来进行转换。

本文对畜牧产品生态足迹的计算主要是针对猪肉、牛肉和羊肉三类。从中国统计年鉴和畜牧业年鉴对畜牧产品分类出发, 挑选出畜牧产品中对居民膳食营养和民生问题影响重大的初级产品类别。具体到畜牧产品的生态足迹计算, 主要用公式1来进行计算。我们采用联合国粮农组织公布的生物资源平均产量数据, 得出各类畜牧产品的生态足迹。

另一方面, 在对海水养殖产品的蛋白质生态足迹模型的假设中, 我们是结合改进后国家生态足迹账户的计算方法。在具体的海水养殖产品的生态足迹计算中, 我们将原始的公式1进行一些改进。

其中, EFMP就是海水养殖产品的生态足迹; PMP代表海水养殖产品的产量, YMP则代表海水养殖产品的平均产量; YFMP是海水养殖产品的产量因子,EQFMP是渔业养殖用地的均衡因子。我们综合考虑了中国海水养殖产业所涉及的省份实际情况和中国渔业统计年鉴统计的海水养殖产品统计数据, 根据各个省份涉及海水养殖产品的平均产量和中国海水养殖产品的平均产量来计算中国海水养殖产品的产量因子。

有关海水养殖产品的生态足迹计算也可以借鉴生态足迹系数的计算间接地反映出单位蛋白质所需的生态足迹量。这里的生态足迹系数是基于具体某种产品的平均生产效率, 因为我们在计算某类产品的生态足迹量时需要考虑到该类产品的平均效率以及该类产品在离开其自身生态系统时所产生的消耗[6]。我们在刻画海水养殖产品的生态足迹量时, 以具体的海水养殖鱼类为例, 直接地计算鱼类离开其养殖系统时所产生的生态足迹。根据生态足迹的原始定义, 生态足迹是基于生物生产性面积或者海域, 计算某种活动从始至终的资源消耗以及处理其废弃物的消耗。而具体到某类产品的生态足迹计算就是准确地计算出该类产品在离开其生态系统时所占有的生物生产性面积和处理废弃物所需的资源消耗。

考虑到各地区的生物生产性面积存在生产力的差异性, 我们在计算某类产品的生态足迹时, 需要将各地区土地的生产力和功能性的多样性进行均衡因子和产量因子的加权。主要的方法是将生态足迹的基本模型引入均衡因子和产量因子, 并把单位统一量化为“全球公顷”、“国家公顷”、“省公顷”等[14-16]。在本文的研究中, 各类生物生产性土地存在自身的土地生产力差异, 采用均衡因子来对原有不同土地类型进行统一化。拟采用的均衡因子如表1所示。

表1 生态足迹计算中不同土地类型说明

注: 该均衡因子表出自GFN2010数据。(GFN是全球生态足迹网络的简称)

在这里, 我们把海水养殖的产品大致分为四个大类, 鱼类、甲壳类、贝类和其他类(主要数据来源于中国渔业统计年鉴和地方渔业统计年鉴)。因此, 在本文的研究中, 我们主要对鱼虾蟹贝和其他类的海产品进行生态足迹量的计算, 然后再根据中国食物营养表的蛋白质营养成分进行百分比的折算。最后, 再通过对单位海产品的蛋白质生态成本计算, 综合地评价海水养殖的生态成本。我们研究的海产品是属于动物性初级产品, 应用投入产出法进行分析[17,18], 比较易于进行生态足迹测算, 投入产出法也是生态足迹基本研究方法之一。我们在构建海水养殖产品生态足迹模型时, 需要考虑鱼虾蟹贝在离开其生态系统时所包含的生态足迹。在当今的渔业养殖模式下, 有研究表明: 中国的海鱼营养级要高于淡水鱼的营养级, 海鱼的生态足迹系数大约是淡水鱼的4倍[6]。

2 结果与分析

2.1 各项海水养殖产品平均产量情况

我们在查阅了中国渔业统计年鉴和中国统计年鉴的基础上, 核算了2014年海水养殖产品的平均产量。平均产量这一数据主要是反映了土地的平均产出, 而应用到渔业用地方面, 我们需要充分考虑海水养殖的养殖密度、养殖模式、养殖空间等方面。在本文的研究中, 海水养殖的渔业用地划定是根据中国渔业统计年鉴海水养殖统计部分的相关指标来确定的。通过分析相关统计数据(表2), 我们大致可以得知: 中国的海水养殖产业主要分布在中国的沿海省份, 其中浙江省、福建省和广东省在养殖种类上较为全面; 海水鱼的平均产量差异较大, 在2014年的统计数据中, 天津市海水鱼的平均产量高达192473.68 kg·hm–2,而江苏省海水鱼的平均产量仅为7922.55 kg·hm–2。天津市的海水鱼的平均产量在全国范围为最高, 主要是因为天津在海水鱼养殖上采用的是高度密集的养殖模式。而且, 天津市的海水养殖的养殖面积与其他省份相比, 其面积比例较小。在2014年渔业统计年鉴的统计数据中, 天津市的海水鱼养殖面积仅为广东省的1/1549, 福建省的1/748。

2.2 海水养殖产品生态足迹总量及人均生态足迹量分析

我们结合渔业统计年鉴中海水养殖产品部分的相关数据, 计算了2009—2014年海水养殖产品部分的生态足迹总量和人均生态足迹量。其中, 海水养殖产品中的梭子蟹和青蟹的生态足迹总量相对较小, 梭子蟹和青蟹在2009年的生态足迹总量仅为11720.88 hm2和14471.91 hm2。从图1可以看出, 梭子蟹和青蟹在海水养殖产品中, 计算出的生态足迹总量最小; 而海参和扇贝在2009年的生态足迹总量达到了194718.44 hm2和751729.04 hm2。海水养殖产品的差异化较为明显, 参照渔业统计年鉴的分类统计, 贝类和其他类的生态足迹总量远超甲壳类和鱼类。从2009—2014年的变化趋势来看, 传统的鱼虾蟹贝生态足迹总量和人均生态足迹量都是逐年上升的; 变化幅度较大的是扇贝和海参, 主要是扇贝总体的生态足迹量基数较大; 而海参的上升趋势最为显著, 在2009—2014年这6年间, 其生态足迹总量几乎翻了一番。从生态足迹总量这个层面上, 海参的生态占用是爆发性增长的。

表 2 2014年中国海水养殖产品(甲壳类和鱼类)平均产量(kg·hm–2)

注: 中国渔业统计年鉴的海水养殖统计部分, 上海市的统计数据为空白, 故未列出。

表 3 2014年中国海水养殖产品(贝类和其他类)平均产量(kg·hm–2)

注: 中国渔业统计年鉴的海水养殖统计部分, 上海市的统计数据为空白, 故未列出。表3的数据统计中, 天津市贝类和其他类的统计数据为空白。

结合图2的数据统计, 中国的海水养殖产品就人均生态足迹分量而言, 总体的发展趋势与生态足迹总量近似。扇贝的人均生态足迹分量在所有的海水养殖产品中是最高, 具体在0.0005 hm2到0.0007 hm2之间波动。鱼类和对虾的人均生态足迹量均在0.0001 hm2以下, 因而在海水养殖过程中, 鱼类和对虾的养殖对其海水养殖生态系统的环境压力相对较小。至于梭子蟹和青蟹的人均生态足迹量, 在理论数据上很小, 可能是由于其养殖规模和产量的限制原因。

2.3 畜牧业产品生态足迹总量和人均生态足迹量分析

陆地传统的畜牧业产品以猪肉、牛肉和羊肉为主, 而国民食物营养所需的蛋白质、脂肪以及热量等正是从这三大肉类摄取。本文就对猪肉、牛肉和羊肉这三大传统畜牧产品进行了生态足迹测算, 其中, 就生态足迹总量来看, 猪肉的生态足迹总量达到1.6×109hm2以上。而且就2009—2014年这6年间的发展趋势是逐年上升的。牛肉和羊肉的生态足迹总量分别在8×107hm2和5×107hm2以上, 因而在总量上, 远不及猪肉。从一个侧面可以看出, 我国的生猪养殖规模极为庞大, 猪肉的年产量居于世界前列。在查阅中国统计年鉴(2009—2015)和中国畜牧统计年鉴(2009—2015)的基础上, 实际上猪肉的年产量大约是牛肉的7.5倍, 羊肉的12倍。我们通过比较畜牧产品的年产量和生态足迹总量这两项数据可知, 畜牧产品的年产量与生态足迹总量是成正比的。且畜牧产品之间的生态足迹总量比值是产量的两倍以上, 这其中的原因应该与生猪养殖与牛羊养殖所占用的土地类型有关。中国当前生猪的养殖是以饲料养殖为主, 而饲料的消耗就是粮食作物的消耗, 最终计算出来的生态足迹总量就是耕地的占用; 牛羊的养殖则是以草场放牧为主, 因而消耗的是草地资源, 其生态足迹总量的核算也是基于牧草地的生态占用核算。

注: 具体沿海各省份关于明确海水鱼的养殖面积统计资料暂缺, 故采用总体的海水鱼养殖面积加以计算。其中, 海水养殖产品的分类参照渔业统计年鉴的官方分类格式。

Figure 1 The total ecological footprint of China's marine aquaculture products histogram from 2009 to 2014

图2 中国海水养殖产品2009—2014年人均生态足迹量直方图

Figure 2 The per capita ecological footprint of China's marine aquaculture products histogram from 2009 to 2014

猪肉的人均生态足迹分量在2009—2014年表现为波动上升的态势。从2009年的1.2252 hm2增长到2010年的1.2703 hm2, 是处于上升的阶段; 到2011年, 其人均生态足迹分量下降到1.2676 hm2; 从2012年的1.3384 hm2增长到2014年的1.4207 hm2, 又是上升的阶段。此外, 牛肉和羊肉的人均生态足迹分量在2009—2014年均表现为波动上升的趋势, 与猪肉的变化趋势类似。分为三个阶段, 其中, 2009—2010年处于上升阶段, 2010—2011年处于下降阶段, 2011—2014又处于上升阶段。但牛肉和羊肉的人均生态足迹分量要远远低于猪肉, 牛肉的人均生态足迹分量是从2009年的0.0654 hm2增长到2014年的0.0710 hm2; 羊肉的人均生态足迹分量从2009年的0.0401 hm2增长到2014年的0.0441 hm2。

2.4 海水养殖产品和畜牧产品的蛋白质生态足迹情况分析

在充分查阅中国食物成分表的基础上, 我们汇总了海水养殖产品和畜牧产品的相关蛋白质含量的数据。根据食物成分表的数据, 我们近似地将各类产品的蛋白质含量作为其蛋白质营养成分所占的百分比。例如, 大黄鱼的蛋白质所占的百分比就是18.6%。结合海水养殖产品和畜牧产品的生态足迹核算数据, 我们将蛋白质所占百分比的数据列入, 估算出不同养殖产品的单位蛋白质所占的生态足迹分量。具体蛋白质含量数据由表5所示。

表4 中国畜牧产品2010年生态足迹计算

注: 表中的猪肉、牛肉和羊肉统计数据均为酮体重, 人口数据和产量数据均来自中国统计年鉴(2009—2015)。

为了更加简洁明了地描述海水养殖产品和畜牧产品在单位质量上所消耗的生物生产性土地面积, 我们引入单位蛋白质生态系数的概念。单位蛋白质生态系数是指获得1千克蛋白质营养价值所需的生物生产性土地面积, 单位为hm2·kg-1。我们核算了2014年中国海水养殖产品和畜牧产品的单位蛋白质生态系数, 其中, 海水鱼类的单位蛋白质生态系数最低, 仅为0.0004 hm2; 牡蛎的单位蛋白质生态系数次之, 为0.0006 hm2; 海水养殖产品中, 以海参的单位蛋白质生态系数为最高, 达到0.0065 hm2。而反观畜牧产品中三大肉类的数据可知, 猪肉、牛肉和羊肉的单位蛋白质生态系数分别达到了0.1024 hm2、0.1523 hm2和0.1595 hm2, 是海水养殖产品中海水鱼类的250倍以上。因此, 在满足同样份额蛋白质营养需求的基础上, 海水鱼类所占用生物生产性面积最小, 其发展前景远胜过传统的陆地畜牧业产品。即便是海水养殖产品中单位蛋白质生态系数最高的海参, 所占用的生物生产性面积也不过是猪肉产品的1/15、牛肉产品的1/23、羊肉的1/24。从这样的数据分析中, 我们更加确信了海水养殖产业的发展优势。传统的鱼虾蟹贝是海洋产品的代表, 而我们把海水养殖产品作为动物性蛋白质的营养补充是基于陆地畜牧业养殖给耕地和牧草地带来了巨大的生态压力的现状。尤其是在陆地土地资源日益紧缺的当下, 如何有效地开源节流, 提升土地资源的利用率和保障耕地总量不碰红线, 是摆在我们面前的一个难题。

图3 中国畜牧产品2009—2014年生态足迹总量直方图

Figure 3 The total ecological footprint of China’s husbandry products histogram from 2009 to 2014

图4 中国畜牧产品2009—2014年人均生态足迹分量折线图

Figure 4 The per capita ecological footprint of China’s livestock products component line chart from 2009 to 2014

表5 海水养殖产品和畜牧产品蛋白质成分表

注: 本表中蛋白质含量(每100g含量)数据整理自《中国食物成分表》2009年

3 讨论与结论

我们根据海水养殖产品生态足迹的核算结果看, 海水养殖产品的人均生态足迹很小, 仅为畜牧产品的千分之一。另外, 在2014年的海水养殖产品和畜牧产品的单位蛋白质生态系数的核算上, 存在同样结果。究其原因, 大致如下: (1)海水养殖产品的养殖面积和养殖产量与畜牧产品相比, 相对较小, 海水养殖产品的养殖规模远不及畜牧产品。(2)海水养殖产品的单产(平均产量)要远高于畜牧产品, 尤其是海水鱼的集约型养殖模式, 大幅度地提升了单位养殖面积的产品产出能力; 而陆地的畜牧产品多数还是传统的粗放型养殖模式, 日常的饲料消耗和人力投入过大, 因而对于耕地和牧草地的占用就比较高, 不符合可持续发展的基本要求。(3)海水养殖产品的养殖技术和抗病害能力的提升, 加强了海水养殖产业的抗风险能力, 利于稳定产量和品质; 畜牧产业的病害损失和疫苗投入相对较高, 养殖成本也随之提升, 因而风险因素较多。

表6 中国海水养殖产品和畜牧产品2014年单位蛋白质生态系数

注: 海水鱼类是综合鲈鱼、鲆鱼、大黄鱼和鲷鱼四个蛋白质含量的数据得出。单位蛋白质生态系数是综合平均产量和蛋白质比例得出。

应对上述的三个问题, 我们提出三点参考建议: (1)鼓励和支持海水养殖产业的健康发展, 因地制宜地提升海水养殖产品的养殖空间, 对基础性的海水养殖产业进行政策扶持, 调整居民膳食的蛋白质摄入结构。(2)优先推广海水养殖产业的集约化发展模式, 注重环境和经济效益的统一, 积极转变陆地畜牧产品的养殖模式, 由粗放型的模式逐步向集约型模式转变。(3)积极组织农业和渔业养殖技术人员深入养殖一线, 推广抗病害的基础技术和知识培训, 提高风险规避意识。

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Research on marine and land aquaculture products based on national ecological footprint accounts

SHAO Chen, ZHAO Sheng*, WU Jingci, XU Qingqing

National Engineering Research Center For Marine aquaculture, Zhejiang Ocean University, Zhoushan, 316022, China

Marine aquaculture and livestock products play an important role on the protein intake of humans. In this paper, we used the national ecological footprint account analysis method to research the ecological footprint of marine aquaculture products and livestock products in China from 2009 to 2014 as well as the average value of protein eco-efficiency in 2014. The results showed that the per capita ecological footprint of scallop in China's maricultural products was the highest, from 0.0005 hectares to 0.0007 hectares. During 2009-2014, the per capita ecological footprint of pork was the highest, from 1.2 hectares to 1.4 hectares. Generally, the per capita ecological footprint of livestock products was higher than marine aquaculture products. Furthermore, the per capita bio-productive area of livestock products was 2000 times than that of marine aquaculture products. According to the protein ecological coefficient in 2014, the average value of livestock products was 0.1381 hm2·kg–1, the highest was mutton with the value reaching 0.1595 hm2·kg–1, while that of marine aquaculture was 0.0020 hm2·kg–1, and marine fish in marine culture products was only 0.0004 hm2·kg–1. Therefore, in obtaining the same conditions of protein nutrition supply, we should give priority to marine aquaculture products which can not only improve the supply structure of national protein nutrition, but also reduce the ecological load of the ecological environment, and at the same time, it is also the node of our development and management of the marine economy.

marine aquaculture products, livestock products, ecological footprint, protein ecological coefficient

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.01.026

S931.1

A

1008-8873(2019)01-203-08

2017-12-20;

2018-03-07

浙江省自然科学基金项目(LY15D060006); 国家重点研发计划支持项目(2017YFA0604902); 海洋生物资源增殖放流自动化标志装备技术联合研发(L2015RR0104)

邵晨(1992—), 男, 浙江兰溪人, 在读研究生, 主要研究方向为海岛开发与保护, E—mail: 17805804674@163.com

赵晟, 男, 甘肃兰州人, 教授, 主要研究方向为海洋生态学, E—mail: zhaosh@zjou.edu.cn

邵晨, 赵晟, 吴婧慈, 等. 基于国家生态足迹账户的海陆养殖产品研究[J]. 生态科学, 2019, 38(1): 203-210.

SHAO Chen, ZHAO Sheng, WU Jingci, et al. Research on marine and land aquaculture products based on national ecological footprint accounts[J]. Ecological Science, 2019, 38(1): 203-210.