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传统牛奶和有机牛奶生产的环境影响评价

摘要：有机农业是为了满足公众的需求，以减少农业生产对环境的污染。只有少数研究试图使用生命周期评估（LCA）来确定传统与有机生产的综合环境影响。本文的目的是审查生命周期评估作为评估常规和有机畜牧业生产的综合环境影响的工具的前景和制约因素。这个目标通过使用生命周期评估在文献中的研究结果以及关于传统和有机牛奶生产的试点研究结果被阐明。这次研究显示，目前不同案例研究的生命周期评估无法直接比较。这样的比较需要生命周期评估方法的进一步国际标准化。然而，传统和有机生产的生命周期评估的案例研究似乎比较适合获得知识，并追踪潜在的环境影响间的主要差异。例如，由于氨的挥发，产奶量的酸化潜力为78-97％，氨的挥发不会因为从传统奶生产转变为有机奶生产而一定减少。由于肥料施用量较低，有机牛奶生产中每吨牛奶或每公顷农田的富营养化潜力较传统牛奶生产低。由于甲烷排放，牛奶生产的全球变暖潜力为48-65％。有机奶生产固有地增加甲烷排放，因此，只有通过大量减少二氧化碳和一氧化二氮排放量，才可以减少全球变暖潜势。有机牛奶生产减少了农药的使用，但是增加了每吨牛奶的土地使用量。然而，关于有机与传统牛奶生产的潜在环境影响的结论主要基于实验农场的比较。为了显示各种生产系统的潜在环境影响的差异，生命周期评估应在每个生产系统的大规模实际农场进行。然而，生命周期评估在实际农场中的应用需要深入研究，以了解基本过程，并预测或测验在实践中实现的排放变化。

关键词：传统；有机；牛奶生产；环境影响评价；生命周期评估

1介绍

富裕国家的消费者要求在动物健康和福利的最佳条件下，以最小的环境损失生产高质量，安全的食物。有机农业针对解决这些公众的诉求，并且具有提高动物的健康和福利状况，和减少农业生产对环境的污染的潜力。

目前，农场水平上的营养平衡通常用于评估农业系统的环境影响。然而，农场水平上的营养平衡存在几个问题：它只考虑了农场层面上的营养损失，因此，排除了农场投入生产过程中的营养损失；排除了与N或P农场循环无关的环境问题，如化石能源的使用或温室气体的排放；它常常忽略豆科植物的N-固定，这是有机奶制品的主要N源。因此，农场水平上的营养平衡并不适合于有效的比较传统和有机生产的环境影响。

有可能解决农业系统营养平衡问题的一种方法是生命周期评估（生命周期评估）。生命周期评估评价一个农业活动的综合影响，例如在整个生命周期内乳制品生产。本文的目的是审查生命周期评估作为评估常规和有机畜牧业生产的综合环境影响的工具的前景和制约因素。通过使用生命周期评估在文献中的研究结果以及关于传统和有机牛奶生产的试点研究结果来阐明这个目的。

2生命周期评估

生命周期评估是综合环境影响评价的一种方式。在这篇文章中，综合意味着同时评估了几个环境因素（所谓的环境影响类别），从能源使用到全球变暖，以及参与制造产品的所有过程，从原材料提取到可能的废物处理 ，可以一起纳入分析。最初的发展用于评估工业过程的环境影响，农业中的生命周期评估主要用于单一作物，例如冬小麦，或用于生产过程，例如杂草控制或生产人造肥料。只是最近，生命周期评估被用于比较不同农业生产系统的环境影响评价，例如传统和有机牛奶的生产。然而，在讨论传统和有机牛奶生产的生命周期评估结果之前，我们首先将描述生命周期评估框架。

2.1目标和范围的定义

目标和范围的定义包括生产系统的定义，功能单元，副产品的分配方法和相关环境影响类别

2.1.1生产系统

理想情况下，在产品生命周期的所有阶段，一个生命周期评估评估环境影响包括所谓的环境影响类别。应用到牛奶生产中，这样的生命周期评估包括牛奶生命周期中的所有过程，即从生产乳制品和人造肥料到牛奶储存和最终的牛奶消费。然而，为了比较传统和有机牛奶生产的环境影响，生命周期评估案例研究包括仅与生产牛奶有关的过程，并忽略与提供和消费牛奶（产品）有关的过程。图1给出了这种“摇篮到农场门”生产周期的总体流程图。因为缺乏数据，农业生物多样性保护协会常常排除药物和杀虫剂以及机器，建筑物和道路的生产过程。（Cederberg 和 Mattsson, 2000; Iepema 和Pijnenburg, 2001; Van Dijk, 2001）

生产

生产药品杀虫剂

肉

牛奶

图1 牛奶生产“从摇篮到农场门”的生产周期的总体流程图

2.1.2功能单元

牛奶生产的总体环境影响最终参考功能单元（FU）。功能单元的定义取决于环境影响类别和调查目标。在农业生产的大多数生命周期评估中，功能单元被定义为离开农场的产品质量，例如kg脂肪和蛋白质计的牛奶（FPCM），或者离开农场的kg猪肉。少数生命周期评估参考农场土地利用总量的环境影响，例如甚至是废弃的农场。

2.1.3副产品的分配方法

许多作物或者动物生产系统产生了多个经济产出，即所谓的副产品。例如，大豆生产过程中的环境影响一般是在副产品油和大豆粉之间分配。只有后者用于奶牛的浓缩饲料。在农业的生命周期评估中，副产品的分配常常基于副产品的经济价值（Cederberg 和Mattsson, 2000; Iepema和Pijnenburg, 2001; Van Dijk, 2001; Cederberg 和Dalerius,2000,2001）。目前，系统扩展被推荐用来避免副产品分配。然而，至今系统扩展还没有应用在农业生命周期评估中。

2.2环境影响类别

传统和有机牛奶的生产系统的生命周期评估应该包括这些环境影响类别，这被以下这些系统影响：酸化、富营养化、全球变暖、毒素和资源利用。不考虑臭氧消耗，因为目前的牛奶或者肉类生产系统排放的影响臭氧消耗的物质数量可以忽略不计 （Audsley et al., 1997; Van Dijk, 2001）。

2.2.1酸化

酸化是将气体（SO₂，NO_x，HCl，NH₃）排放到大气中并与空气中的其他分子结合，并导致生态系统的酸化（Audsley等，1997）。例如，NH₃中和大气中的硫酸或硝酸时，当转化为NH 时，会沉积在土壤上。在NH₄ 转化为NO₃^-的土壤硝化作用过程中，会释放出来H 。在N剩余情况下，这种H 释放最终导致土壤酸化。酸化可能导致地下水中的铝浓度高，这会影响植物和根系的生长，增加由于干旱和疾病引起的植被损害的风险，并且取决于其浓度对动物和人类具有毒性（Lekkerkerk等，1995）。

2.2.2富营养化

富营养化包括排放到水和空气中的影响生态系统生长模式的物质和气体。例如，N富营养化（如畜牧业生产，NO_x，NH_x，NO₃^-）有三个主要影响。首先，植被的组成向N型物种变化，这取代了典型的N型贫乏生态系统的罕见植物。第二，土壤中的营养平衡受到干扰，造成植被受损害的风险增加。第三，剩余N以硝酸盐渗滤的形式提供给地下水（Lekkerkerk等，1995）。食物或饮用水中的高硝酸盐含量会导致血液中的氧气缺乏症，特别是小孩子。

2.2.3全球变暖

太阳能驱动了地球上的天气和气候，并加热地球表面。反过来，地球辐射能量通过紫外线辐射回到空间。大气温室气体（GHG）捕获一些输出的能量，并保留一些像温室玻璃板一样的热量。然而，没有这种自然的温室效应，地球的温度将低于现在的温度，而今天所知道的生活是不可能的（IPCC,2001）。

人类活动，如化石燃料燃烧和森林砍伐，正在通过提高大气中的温室气体水平（主要是CO₂，CH₄和N₂O），也称为全球变暖，加强地球的天然温室效应。例如，预计全球气温将上升，会提高海平面，改变森林，作物产量和供水，并扩大沙漠。这可能也会影响人类健康，动物，和许多类型的生态系统。

2.2.4人类和生态毒性

人类通过空气，水，土壤或食物链暴露在有毒物质中，会导致严重的健康问题。在农业生命周期评估的有毒物质评价中，重点是关于暴露于农药和重金属中对人类和生态系统的影响。然而，在动物产品的生命周期中，重金属排放的准确数据很少。目前的农业生产的生命周期评估仅对农药排放量进行了毒性评估。

2.2.5资源利用

以前，可能缺乏不可再生资源（如化石燃料，水，土地）是环境争论的热门话题。但是，如今使用不可再生资源造成的环境破坏，如化石燃料燃烧产生的CO₂排放，被认为更为重要。然而，有效利用资源，例如化石燃料，水和农田等资源，仍然是农业生命周期评估重要的环境影响类别。

2.3环境影响评价

在2.2中描述的每一种环境影响类别，我们将审查比较传统和有机牛奶生产系统的案例研究结果。我们列出了生命周期评估案例研究的相关特征（表1），这对于解释最终结果至关重要。瑞典案例研究将传统和有机实验农场的生命周期评估与相同的技术和过程进行了比较（Cederberg和Mattsson, 2000）。荷兰案例比较了三个实验农场的生命周期评估：一个常规农场，一个旨在减少环境污染的常规农场（这里称为环境友好型农场）和一个有机农场（Iepema和Pijnenburg,2001）。德国案例将三个生产系统中的18个实际农场的生命周期评估进行了比较：常规密集型，常规广泛型和有机系统（Haas et al.,2001）。表1显示了从“摇篮到农场”分析出来的生产牛奶的生命周期，即从原料提取到牛奶离开农场的时刻。因此，功能单元通常被定义为离开农场的产品的质量值。通过将环境影响与产品的质量价值联系起来，所有产品的生产效率和环境影响都被考虑在内。然而，通过将环境影响与农场土地利用相关联，仅仅考虑环境影响。与质量价值相关的功能单元似乎适用于环境影响类别，如全球变暖或资源枯竭，因为这些类别在全球范围内运作（Haas et al.,2000）。因此，在这次研究中，我们阐述了与质量功能单元相关的全球变暖和资源枯竭。然而，对于具有区域特征的影响类别，如酸化和富营养化，我们阐述了与质量相关的功能单元和区域相关的功能单元的环境影响。

表1 比较传统和有机牛奶生产系统的LCA案例研究的特点

吨ECM是吨能量校正牛奶。ECM校正因子考虑了牛奶的脂肪和蛋白质含量。吨FPCM是因其脂肪和蛋白质含量而修正的牛奶。

2.3.1酸化潜能

使用不同的SO₂等效因子来计算牛奶生产系统的酸化潜能（AP）

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