茶產業鏈環境影響的生命周期評價研究進展

何吉杭，戴建靖，吳秋萍，黃依平，蔡烈偉，郝敏

寧德師范學院生命科學學院，福建 寧德 352000

茶作為農產品之一，是世界上最古老的消費量僅次于水的第二大飲品，在醫學、經濟等方面都具有重要的研究價值[1]。近年來，我國茶產業發展迅猛，茶產量和消費量都在國際上占據著舉足輕重的地位[2]，但也出現諸多問題：農藥化肥過量使用、加工工序不規范、環境污染嚴重等。為此我國推出多項政策，旨在探索環境友好型的茶產業發展道路：農業農村部在2020 年印發《關于促進貧困地區茶產業穩定發展的指導意見》中提出堅持綠水青山就是金山銀山理念，鼓勵貧困地區發展茶產業，實現鄉村振興[3]；在2021年發布《關于促進茶產業健康發展的指導意見》中明確指出要在提高茶產業鏈現代化發展水平，規范生產和提升質量水平的前提下，打造具有競爭力和可持續發展的茶產業全產業鏈[4]；在《農業農村部關于落實好黨中央、國務院2021年農業農村重點工作部署的實施意見》中指出，要深入推進綠色農業生產，持續改善農業生態環境[5]；習近平主席在第七十五屆聯合國大會上提出雙碳目標，力爭在2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，以此推進中國的可持續發展道路。因此，探索一條綠色可持續發展道路是當前茶產業極其重要的研究方向。

生命周期評價（Life cycle assessment，LCA）是量化產品生命周期環境影響的方法[6]。相比其他環境影響評估方法，LCA 更加全面且更具客觀性和系統性，主要體現在它通過多重影響結果對環境問題進行分析，并考慮到全生命周期所涉及的物質投入和輸出。LCA 最初應用于評估工業環境問題，隨著人們對綠色食品的關注，生命周期評價方法逐漸被引入到農業生產中。楊印生等[7]仿照一般LCA 概念，首次概括出關于農業生命周期評價方法的定義，即對農產品所伴隨的相關活動進行記錄與分析，將生命周期中發生的所有能量與物質的投入、產出與其對環境的影響相結合，評價生產活動對資源、能源和環境的綜合影響，該方法涵蓋了農產品的生產、收獲、運輸、利用和廢棄物回收的生命周期全過程。

與傳統的農產品不同，茶產業鏈更長，包括茶樹栽培管理、茶葉采摘與加工以及成品包裝運輸消費等環節。農業活動是溫室氣體排放的重要來源之一，我國茶葉龐大的產銷量使得全產業鏈的溫室氣體排放以及其他環境影響日益嚴重。因此，為促進茶產業鏈的可持續發展，我國迫切需要解決茶產業目前的環境影響問題。然而，我國關于茶產業生命周期環境影響研究較少，本文通過綜述LCA 方法在我國農業中的應用、茶產業及其全生命周期、茶產業中LCA 的研究，討論了生命周期評價方法對我國茶產業鏈環境影響的適用性，并結合現有研究進行分析，以期對茶產業鏈環境影響評估提供參考依據。

1 我國主要農產品生產環境影響LCA研究進展

近年來，將LCA 應用于解決農業生產環境問題的研究層出不窮。雖然相較于國外，我國在該方面的研究起步較晚，但已呈現出高速發展態勢，這些寶貴經驗對我國茶產業鏈環境影響的生命周期評價研究有著重要的參考意義。在過去十幾年間，選用LCA 評估環境影響的研究成果較多，該系列研究大多數以確定研究對象的生產系統環境熱點為目的，而其中溫室效應幾乎是所有農產品生產過程中需要分析的環境影響因素。

在水稻LCA研究方面，Ⅹue等[8]對我國南方雙生稻展開生命周期評價，結果表明施肥和農場機械操作對農業投入的溫室氣體排放貢獻最大，通過降低肥料施用量、提高農機作業效率和改變種植面積分配等措施可有效緩解氣候變化和土壤富營養化。岳騫等[9]對比分析多種不同的水旱輪作模式所帶來的影響，解決大多數研究只關注單季溫室效應或僅少數輪作模式分析的問題，提出應結合農作物生產系統的經濟效益進行分析。

關于設施蔬菜和玉米的環境影響研究較多，金家銘等[10]總結國內設施蔬菜種植生命周期評價研究的發展，為生產活動對土壤有機碳含量的影響提出建議，并指出目前研究存在的問題，如設施蔬菜的觀測站設施不完善無法累積長期數據，現有的有機碳模型不足以滿足多種情景的變化等。喬遠等[11]基于國家數據和LCA 方法，比較西北地區玉米15 年間投入產出與生態環境問題的關系，并詳細總結了活性氮損失、溫室氣體排放、土壤酸化潛值、水體富營養化潛值和人體毒性的估算方法，為LCA 加權評估的計算提供參考。丁佳瑩等[12]對LCA 方法在玉米種植的環境影響研究中的應用進行梳理，總結了LCA 各項步驟實施方法的選擇及結果分析，提出目前研究仍存在許多不足之處，如清單數據收集和環境影響指標選取不夠全面，數據準確性不夠高，大多只著眼于環境負荷方面等。

2 茶產業鏈及其全生命周期

產業鏈屬于產業經濟學的概念，指的是產業內上中下游企業之間以價值增值為目的形成的一種鏈條式的關聯[13]。農業領域中針對農作物產業鏈的研究與日俱增，研究發現不同農作物的產業鏈在內涵上存在較大差異，與傳統的農產品不同，茶產業鏈更長，其環境影響的生命周期評價的系統邊界包括從茶樹栽培到茶葉沖泡結束的全過程。

茶葉生產加工與消費涉及到第一、第二和第三產業。茶葉初制加工原料的生產屬于第一產業范疇，茶樹是多年生的葉用作物，從建園、投產到茶樹衰老，其經濟年限一般在50 年以上。茶樹栽培管理包括選種育苗、種植培養、施肥修剪、病蟲草害防治及鮮葉采摘等。茶葉加工屬于第二產業，就是使用各種加工技術，將茶樹上采摘下來的細嫩芽葉或嫩梢制成可供人們直接飲用的成品茶或加工成為食品、藥品、日化用品等產品原料。茶葉加工可分為初制加工、精制加工和深加工等過程。茶葉的包裝、貯存、運輸、銷售與消費等環節，屬于第三產業范疇。從生命周期的角度來看，從茶園建設、茶樹育苗施肥到初加工成為成品茶或精深加工成含茶類產品即為從搖籃到農場大門階段，大多數生命周期環境影響評估研究的系統邊界皆選擇從搖籃到大門，從搖籃到此后包裝銷往市場直至消費者貯存或泡茶飲用完畢再到茶渣的完整過程，即為從搖籃到墳墓的全生命周期過程（圖1）。

圖1 茶產業鏈及其全生命周期

針對茶產業特點，可以將茶產業鏈理解為針對茶葉產品本身縱向前后關聯多個生產主體所形成的一體化鏈條[14]，其中包含茶樹的種植培養，以及關于茶葉的加工、流通、銷售、消費等各個階段[15]。在對茶產業鏈的文獻梳理和研究中，洪文生[16]將茶產業鏈分為產業的上中下游，上游以茶樹的培育為主，到茶葉的采摘為止；中游包括茶葉生產加工、質量監督、工藝創新等，下游則是多種形式結合的銷售模式，并根據產業鏈內容結合現有案例提出發展新模式。鐘福亞等[17]整合茶產業中精加工環節的國內現狀，提高資源綜合利用率，為產業發展提出新的思路。陳馨[18]以江蘇金庭鎮茶葉為案例，實地考察并結合當地發展，總結成功經驗，分析現存問題，為產業提出加快發展的方法。張海峰[19]針對農村茶產業鏈，表示需要整合創新和優化升級，并根據遇到的內部影響因素如采茶技術、營銷渠道等提出了相對應的解決辦法。由此可見，目前多數研究是針對產業鏈現狀提出未來的發展方向，以期實現產業升級，但茶產業鏈各個環節是否會造成環境污染卻鮮有提及，后續研究應將環境影響問題考慮其中，實現產業升級的同時促進茶產業可持續發展。

3 茶產業鏈環境影響LCA研究進展

3.1 國外茶產業鏈環境影響LCA研究

根據目前茶產業鏈環境影響評估研究的進展，多數研究在國外展開，茶產業鏈各個階段的數據收集、加權計算等過程有一套較成熟的方法值得國內學者參考，但地域不同會帶來一定的結果偏差。國內部分農產品的LCA 應用研究相對完善，但茶產業生命周期與大多農產品的生命周期不同。因此我們在研究如何實現茶產業綠色可持續發展時，可將國外茶產業鏈LCA 研究進展和我國農產品LCA 的研究相結合，探索出適合我國的茶產業生命周期環境影響評估方法。LCA 分系統邊界與目標確定、環境負荷分析、環境影響評價以及對應結果的解釋4個階段[20]。隨著我國對環境污染問題愈發重視，茶產業鏈的環境影響評估顯得尤為重要。表1是多個國家針對茶產業鏈的生命周期評估所開展的研究，該系列研究為我國茶產業鏈LCA的后續研究提供研究方法和思路。

如表1所示，在國外的諸多研究之中，紅茶是最熱門的研究對象之一，多數研究的目的是確定環境影響熱點并提出改進策略，全球變暖潛勢仍是研究者們最關心的環境影響因素，研究的系統邊界涉及茶葉生命周期的各個階段。其中在茶葉生產和回收階段，Pelvan 等[21]通過累積完美度（CDP）、二氧化碳排放量（CCO2E）和可再生性指標（RI）對土耳其的紅茶、速溶茶和冰茶進行評估，結果表明從茶葉廢物中提取物質進行再生產對茶渣的不可再生性有改善作用。在茶葉加工階段，Taulo等[22]運用CML方法對紅茶的環境影響進行評估，發現全球變暖對環境影響的占比高達88%，其次是土壤的酸化和富營養化，研究表明物質和能量流分析（MEFA）能夠實現對環境問題的早期識別，可用其改善相關工廠的運營優先次序。Cichorowski 等[23]選用LCA 方法對大吉嶺茶的生產和加工進行碳足跡評估，并且對多種情景進行建模，結論表明，水的煮沸過程、洲際運輸和耕作是溫室氣體的主要來源。在消費階段，Azapagic等[24]首次考慮了紅茶生產和消費對全球變暖潛力的影響，并且以此確定其對氣候變化的貢獻，結果表明生產規模不影響全球變暖潛力，主要影響GWP 的是茶葉消費環節。例如，泡茶時燒開的水量增加1倍對環境污染接近翻倍，而英國通常將牛奶和茶一起喝，總體影響增大了3倍。近年我國新式茶飲發展迅猛，其中奶茶的消費占有很大比例，因此在研究我國茶葉消費環節的環境污染時，新式茶飲帶來的環境影響值得重視。

伊朗是重要的產茶國之一，主要的產茶區聚集于伊朗北部，這也是多數研究者重點關注的地區，如表1中所示，伊朗相比其他國家的研究較為全面。Farshad 等[25]在總結前人研究進展的基礎上對伊朗紅茶全生命周期的環境影響問題展開研究，該研究在LCA 基礎上加入生態效率計算（EE）評估茶葉在該地區的環境經濟效益，首次比較了4種包裝方案，并且提供了茶產業鏈生命周期和經濟效益結合評估的有效方法。Khanali 等[26]通過人工神經網絡（ANN）模型與LCA 結合，對伊朗桂蘭省紅茶、綠茶和烏龍茶加工過程帶來的環境影響進行評估，結果表明生命周期中用于干燥、包裝的柴油和紙箱是造成環境污染的主要因素；同時指出關于茶產品能量與環境方面的研究較少，探討了ANN 模型結合LCA 方法的可行性，在保留了LCA 完整性的前提下，ANN 模型優化了管理者的工作，同時進一步為管理者指導決策，但關于消費階段的數據收集不足，因此沒有考慮該環節的環境熱點。Hamed 等[27]將數據包絡分析（DEA）和LCA 結合，同時采用常數規模回報（CCR）和變量規模回報（BCC）模型對10個影響類別進行評估，以確定伊朗桂蘭茶葉生產的能源效率并減少環境負擔。其中DEA和LCA結合使用能夠評估決策效率和環境績效，提高能源效率的同時降低環境影響。

表1 國外茶產業鏈環境影響LCA研究對比

茶葉是斯里蘭卡國家主要外匯收入之一。Ⅴidanagama 等[28]通過分析斯里蘭卡茶葉和橡膠行業的溫室氣體排放，在與茶葉有關的清單分析中得出結論：茶葉加工階段溫室氣體排放貢獻最大，其中電力是主要排放源。Mohan 等[29]運用LCA 和價值/供應鏈分析斯里蘭卡茶葉生產的可持續性，通過對環境、社會及經濟的可持續性影響進行評估，結果發現該行業存在能源效率低下、溫室氣體排放、職業健康危害等問題。與傳統的價值鏈分析強調降低生產階段成本為企業創造更高價值不同的是，該研究將系統邊界設定為從種植到消費后茶廢料處理的全生命周期，并且進一步識別環境和能耗熱點，提高效率并減少排放，實現產業可持續發展。

同樣是關于經濟效益和環境影響的關系，Kurup 等[30]關注到許多研究忽略了生產能源和成本的關系，以康普茶為研究對象，通過重復試驗和數據收集計算得知糖和紅茶菌飲料能量消耗份額最高，認為增加紅茶菌飲料生產裝置的容量，投入成本將會按分配比各自降低。

綜上所述，國外茶產業鏈LCA 研究起步較早，有更為深厚的研究基礎。在茶產業鏈的各個階段都有環境影響評估成果，也有針對多個環境影響因素展開的全面性評估，還有將經濟、資源和環境等多方面共同分析的綜合性研究；多種方法或模型和LCA 結合的研究模式也為研究者們展現了更多的可能性，這些對于我國茶產業鏈LCA研究都具有重大的參考價值，但仍需優化：第一，目前大部分的研究對象以紅茶為主，相對單一；第二，缺少統一的環境影響評價指標；第三，消費環節的環境影響研究不夠深入等。科研工作者后續可展開更完善的研究，并且對實施改進策略的地區進行二次生命周期評估，以檢驗研究成果。

3.2 我國茶產業鏈環境影響LCA研究進展

在茶產業鏈環境影響研究領域，國內學者分別針對烏龍茶、東山茶和綠茶展開相關研究。如表2中所示，先后開展了關于烏龍茶和東山茶生命周期環境影響的研究，二者的研究目的都是通過研究確定生產系統中的環境熱點并提出改善環境表現的改進策略。Chiu[31]量化了烏龍茶生產和消費的全生命周期中全球變暖潛能和潛在營養化兩個方面的環境影響，提出數據庫的收集是目前研究最主要的問題之一，大多茶園是家庭所有制，因此種植過程中的許多決策是依據農民自身不具有科學理論支撐的判斷和經驗，并且農戶也沒有保存相關歷史數據。Hu 等[32]采用LCA 方法對東山茶的環境影響和碳排放進行評估，研究發現環境影響的主要因素來自生產階段的化肥投入、茶葉制造用電和消費階段的煮水用電，因而提出高效沸水設施和保溫方法、施用有機肥等可改善上述問題。在綠茶研究方面，徐強[33]指出我國茶葉生產過程中化肥施用過量、加工能源不可再生等問題，并且出口茶的環境影響和經濟效益都高于內銷，該研究首次將經濟、資源和環境3方面進行綜合分析。He 等[34]以我國綠茶碳排放為切入點，發現消費階段的電力消耗和種植階段的施肥是碳排放的主要來源，未來清潔能源和新型肥料的普及能夠降低二者的碳排放。

表2 國內茶產業鏈環境影響LCA研究對比

綜上所述，近年來國內逐漸開展茶產業鏈環境影響生命周期評價研究，但相較國外有差距，仍需不斷推進相關科研工作進展。

4 討論

農業生產所產生的環境影響是造成溫室效應（碳排放）等環境污染的原因之一。目前將生命周期評估運用于農業生產中已成為國內研究熱點，通過LCA 方法改善環境將成為可持續發展的重要手段。本文整理總結了LCA 在我國農業環境影響中的應用、茶產業鏈的內涵與研究、國內外茶產業鏈環境影響LCA 研究進展，旨在能夠為我國茶產業的可持續發展研究提供參考，促進生命周期評價方法在茶葉相關研究中的應用。目前茶產業環境影響生命周期的評價研究在以下幾方面還有所欠缺：首先，茶產業鏈環境研究主要集中在國外，我國作為主要產茶國之一，對茶葉LCA 研究進程較緩慢，且六大茶類中僅對綠茶和烏龍茶的環境影響開展了研究；其次，數據收集不完整，消費環節的環境影響研究較少，應加快國內相關數據庫建設；第三，LCA 本地化研究進程緩慢，具體表現為缺少統一的環境影響指標、缺少適宜的環境評價模型等；最后，國內多數研究僅就環境影響方面展開討論，可參照國外不同評價模型與LCA 結合，對茶產業鏈進行多維度評價分析。因此，基于目前國情政策和已有研究基礎，國內科研工作者們很有必要在茶產業鏈中引入LCA 方法并展開深入研究，這對于保護我國環境和促進茶產業可持續發展有著重要的現實意義。