水足跡及其在畜禽業的應用前景

歐陽佚亭，陳天寶，2*，付 敏，賴靖雯，陳 敏，曾洪良

(1.四川省畜牧科學研究院，四川 成都 610066；2.動物遺傳育種四川省重點實驗室，四川 成都 610066)

我國擁有豐富的淡水資源，可利用的淡水資源在世界各國中位列第六，但作為世界第一人口大國，我國人均可利用淡水資源量卻僅占到世界平均水平的1/4。此外，在城市化和全球氣候變化背景下，隨著我國社會經濟的快速發展及居民生活消費水平的不斷提高，我國水資源消耗總量也在不斷增加。根據《2019年中國水資源公報》，我國2019年用水總量為6021.2億m3，其中農業用水量最大，占用水總量的61.16%，并且我國已有8個省的人均水資源量低于國際公認的極度缺水標準人均水資源500m3[1]。

水資源是人類生存和社會發展的重要資源，水資源短缺也已成為我國乃至全球許多國家實現可持續發展目標進程中亟待解決的重要問題。為了研究產品生產過程的水資源消耗及產品貿易中水資源轉移問題，Allen于1993年提出的虛擬水理論。虛擬水是通過商品貿易實現的，一般情況下認為缺水國家可以通過商品中的虛擬水貿易來緩解水資源壓力。在以減輕水資源短缺和水體污染等問題的研究中，Arjen Y. Hoekstra以虛擬水概念為基礎，進一步提出了水足跡理論。水足跡囊括了產品的整個供應鏈，從產品生產者和產品消費者兩個角度，量化了生產消費等人類活動的水資源消耗。近年來關于水足跡的研究較多，學者們以個人、家庭、行業、部門和國家等為單位，量化農業、畜牧、工業等部門或產品生產、貿易等方面的水足跡，為緩解水資源壓力、平衡空間水資源分配和提高用水效率提供依據和指導。

本文介紹了水足跡理論的基本概況，綜述了關于國內外學者在農產品和畜禽產品等方面水足跡研究的相關進展，并展望了畜禽產品和畜禽養殖水足跡評價的應用前景。

1 水足跡概述

Arjen Y. Hoekstra基于Allen的虛擬水理論，在2002年12月荷蘭的虛擬水貿易國際專家會議上提出了水足跡這一概念。Hoekstra及Chapagain將其定義為用于量化任何人口單位(國家、地區或個人)內提供產品生產、服務、運輸過程中所消耗的水資源總量[2]。與傳統的水資源管理相比，水足跡從產品生產和消費服務的角度，更加全面綜合地量化了某一區域內水資源的消耗、可持續利用及短缺情況，更利于制定合理良好的水資源管理政策。此外，為了合理指導和管理水資源，緩解日益嚴重的水資源短缺和水體污染問題，水足跡評價在虛擬水貿易、農作物水足跡評價和基于灰水足跡的流域污染程度評價等領域得到了快速發展。

水足跡按照水資源類型分為綠水足跡、藍水足跡和灰水足跡三種量化結果。其中，綠水足跡代表在農業生產中被作物蒸發或吸收和從土壤中蒸發的雨水，可根據蒸發量、有效降雨量進行計算；藍水足跡代表生產中地下水、地表水的消耗量，可采用投入-產出方法進行計算；灰水足跡代表以現行水環境質量標準為基準，稀釋污染物至水環境標準以下所消耗的淡水量[2]。水足跡評價主要有自上而下法、自下而上法、生命周期評價和投入-產出模型四種計算方法，以上方法分別基于生產者、消費者、產品的全生命周期和投入產出數據進行水足跡評價，從不同角度量化了人類活動消耗的水資源量。

水足跡評價的目標旨在緩解水資源壓力問題，從個人、區域、國家層面水足跡評價揭示了人類生產消費活動的水資源消耗與水資源緊缺間的關系，為科學制定水資源管理政策，保證水資源可持續利用提供依據。

2 水足跡研究現狀

2.1 農產品水足跡研究現狀

農產品的剛性需求隨著人口數量不斷增加而增加，并且農業耗水量約占全球的70%[3]，而作為水資源消費指標的水足跡可以程序化方式量化農產品淡水資源消耗情況，因此，許多研究也集中于農產品水足跡評價。

首先，Chapagain等人[4]通過估算棉花種植及加工過程中的綠水足跡、藍水足跡和灰水足跡，對全球棉花消費水足跡進行了評價，結果表明1997～2001年全球棉花產品每年需消耗水資源量為2.56×109m3，占全球用水量的2.6%，并且約五分之一棉花消費的水足跡與污染有關。隨后，Chapagain等人[5]擴大了研究范圍至農作物大棚和田間種植，量化了西紅柿種植水足跡。Mekonnen等人[6]基于Hoekstra和Chapagain的計算框架，估算了全球小麥生產及消費過程中的藍、綠、灰水足跡和與小麥貿易相關的虛擬水，其中約18%的水足跡與小麥產品出口相關，全球小麥產量前26的國家占全球小麥虛擬水出口的94%左右。Aldaya[7]通過量化國際貿易中小麥、玉米和大豆的綠水，評價了國際商品貿易中綠水的戰略重要性。Gerbens[8]則估算了生物乙醇水足跡。Liu[9]認為，隨著人口增長和經濟發展，農業面臨著實現糧食低耗水高產量的挑戰，因此基于水足跡的生產效率對揭示水資源與糧食生產間的關系至關重要。此外，Hoekstra和Chapagain量化了全球農產品水足跡，并建立數據庫，為后續水足跡評價工作提供數據基礎。

2.2 畜禽產品水足跡研究現狀

國際食品貿易意味著國際間的虛擬水貿易，在2003年，Chapagain和 Hoekstra[10]量化了全球各類畜禽及畜禽產品的虛擬水，并評估了與畜禽及畜產品的國際貿易相關的虛擬水流，但研究仍存在一些不足，由于缺乏數據，缺失的數據只能通過假設和最佳估計來替代。同時，此研究還指出畜牧部門普遍存在缺少定量數據的問題。Mekonnen等人[11]估算了放牧、混合和規模化3種養殖模式下八類畜禽的水足跡。研究表明，世界農業部門29%的水資源與畜禽產品有關，而畜禽飼料轉化率不高是畜禽產品水足跡相對于營養價值相當的作物產品水足跡偏大的主要原因。此外，此研究也為進一步探究畜禽產品造成水資源壓力的因素提供了大量數據。Gerbens-Leenes等人[12]基于Mekonnen和Hoekstra之前的研究數據，進一步分析了中國、巴西、美國和新西蘭不同畜禽養殖模式中禽肉、豬肉和牛肉的水足跡。結果顯示，禽肉、豬肉和牛肉水足跡主要由動物飼料決定，其中飼料轉化率、飼料成分和飼料來源是禽肉、豬肉和牛肉水足跡的主要驅動因素。之后，Mekonnen等人[13]還估算了1960～2016年間美國畜禽產品水足跡的變化和畜禽產品的水生產力。Zonderland[14]則采用生命周期方法估算了新西蘭牛、羊養殖水足跡和牛飼料綠水足跡。此外，各國學者也從國家尺度對畜禽產品進行水足跡評價。

我國學者主要從空間尺度對水足跡進行研究。龍愛華等人[15]核算了甘肅省虛擬水消費，也針對豬肉、牛肉和羊肉等畜禽產品的虛擬水進行了量化，但畜禽產品虛擬水數據使用的是國際研究中對中國動物產品的估算值。北京市水足跡研究中，王艷陽等人[16]運用行業部門投入-產出方法核算了北京市36個行業消費品虛擬水量，其中農業位列各行業的第二位，并且研究顯示農業產品虛擬水消費和農業產品生產耗水對虛擬水消耗影響較大，可通過優化膳食結構和改進生產技術來節約用水。此外，我國學者對居民食物消費及浪費的水足跡進行了大量研究，其中包含了對畜禽產品的水足跡核算。吳燕等人[17]按照糧食、蔬菜、動物油、豬牛羊肉和蛋類等食物消費分類分析了北京市居民食物消費水足跡，畜禽產品中肉類油脂類和奶及奶制品占食物消費總水足跡的56.74%，可見畜禽產品消費對水足跡貢獻較大。郜肖冰[18]量化了我國8～80歲居民食物消費的水足跡，并依據《中國居民膳食營養素參考攝入量》對我國居民膳食結構進行優化。研究結果顯示，雖然我國居民豬肉、牛肉和羊肉的消費量占食物消費總量比重小，但其對食物消費水足跡貢獻率為38%～44%，優化后的膳食結構減少了畜禽產品的食物源消費，這減少環境資源消耗的同時也保證了飲食結構的合理性。

3 水足跡在畜禽業的應用前景

隨著我國畜牧業實現快速發展，畜禽產品總產量大幅增長，畜牧產業產值在我國農業總產值中的比重也大幅提高。畜牧業養殖模式也由經營分散、飼養量小的農戶散養逐漸向集約化、飼養量大的規模養殖場轉變，雖然規模化養殖模式推動了我國畜牧業現代化進程，但是也導致了我國畜禽糞便、養殖污水排放量增加。在水資源短缺背景下，不斷增長的畜禽產品需求和畜禽養殖規模擴大帶來的水資源消耗大和污水排放量大等環境問題也日益突出。尤其是我國一些省份畜禽養殖排泄量占比大，單位耕地面積畜禽承載負荷大，因此，畜禽養殖需考慮環境承載力進行合理配置與布局[19-20]。

目前，雖然我國有一些學者開展了畜禽產品及畜禽養殖水足跡研究，但是國內相關研究仍然較少，缺少針對畜禽業系統的直接和間接水足跡評價研究。而且我國幅員遼闊，不同區域養殖模式、飼料成分、氣候和地形地貌等因素的差異都會影響畜禽產品和畜禽養殖水足跡評價結果，我國多數學者的研究是基于國際研究的水足跡估算值進行水足跡評價，缺少針對我國各地區不同養殖情況的畜禽產品水足跡核算的基礎數據。此外，許多研究也顯示，在我國食物浪費和食物消費過程中，畜禽產品水足跡占食物浪費和食物消費比重較大[18]。因此，從區域小空間尺度核算我國畜禽產品和畜禽養殖水足跡，進一步提高水足跡核算結果的針對性和準確性，為降低畜禽業潛在水資源消耗、優化養殖結構和制定合理的政策提供數據依據。