【国科报告厅】全球畜牧业产业链中的氮排放

财富   2024-09-08 20:10   北京  

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论文内容


研究背景:

在过去的几十年里,世界各地的畜牧业系统已经从地方性的、小规模的、混合作物-畜牧业系统转变为全球的、需求驱动的供应链,在这种供应链中,动物往往在空间上与它们所消费的饲料生产脱节。这些变化在很大程度上是由经济因素驱动的,改变了畜牧业影响全球氮素流动的方式。当前这些流动已经超越了氮的行星边界,并造成了一系列的环境影响。目前,仅占全球人口75%50个国家就消耗了全球约95%的合成氮肥。

畜牧业通过向农田和草地施用合成氮肥和粪肥、粪肥的管理和积累以及饲料、食品和粪肥等富含氮的产品的运输,对全球氮流作出了贡献。这些发展改变了大气氮排放的模式,如一种强效温室气体氧化亚氮(N2O),以及氨(NH3)和氮氧化物(NOx),它们造成空气污染,对人类健康构成威胁,并引起富营养化和酸化。硝酸盐(NO3)和有机氮的排放也增加了,这是水污染和生物多样性丧失的两个常见原因

联合国《2030年可持续发展议程》强调了解和减轻这些环境威胁的紧迫性。现有文献越来越多地将牲畜视为更广泛的粮食系统或全球经济的组成部分。但是,大多数分析的汇总水平不允许专门针对畜牧业制定措施。最近的一项研究对动物源食品生产引起的全球酸化和富营养化进行了更详细的分析,但这主要依赖于发达国家商业农场的观察结果。一项针对欧盟畜牧业氮排放贡献的综合分析发现,畜牧业供应链占农业NH3排放总量的82%,占农业水体氮排放总量的73%。到目前为止,还没有一项工作对畜牧业供应链中的氮利用及其对全球氮排放的贡献进行全球分类评估(即在空间上明确并区分不同物种、商品和系统)

研究内容:

我们通过阐明从“动物产品摇篮到初级加工环节”的全球畜牧业供应链中氮流的规模和多样性以及由此产生的排放,同时考虑到国际贸易,填补了这一领域的空白。我们的研究涵盖了10个地区的275个国家和地区,并使用了2010年全球畜牧业环境评估模型(GLEAM)的更新版本。我们使用现有最详细的地理参考信息,强调牲畜供应链和国际贸易的多样性。此外,我们量化了全生命周期氮利用效率和全生命周期净氮平衡的氮利用指标,确定了氮排放的热点,并最终提出了有针对性的减排干预措施。

Fig.1畜牧业的全球氮流和氮化合物排放源。与用于生产粮食作物和非粮食产品的肥料有关的氮排放是汇总的。粪肥管理系统向大气中损失的N2估计为8.3 Tg N yr-1,此处未显示。所有数字单位都用Tg N yr−1表示。



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ig.2 畜牧业产业链的全球氮排放分类。a, 10个地区家畜物种氮排放分布(单位:Gg N yr−1)b,不同牲畜系统对总氮排放的区域贡献(单位: Tg N yr-1)


Fig.3 牲畜供应链中N2ONH3排放的全球分布。a, N2O排放的空间分布。b, NH3排放的空间分布。排放指所有牲畜物种的排放总量,包括饲料生产和动物生产(粪肥管理系统)中每公顷用于生产饲料的土地产生的N2ONH3排放。

Fig.4 畜牧业供应链向地表水和地下水排放NO3的空间分布所有牲畜物种的氮排放总量包括饲料生产、动物生产(粪便管理)和动物源食品加工中每公顷用于生产饲料的土地产生的NO3排放

Fig.5氮素相关指标按物种、商品和系统的分布。a、全生命周期氮利用效率。系统按中位数降序排列。b、生命周期净氮平衡。系统按中位数的递增顺序排列。在这两张图中,方框表示第2575个百分位数,中线表示中位数,菱形表示平均值,圆点表示异常值。颜色表示牲畜的种类。为了更好地显示结果,将高于150 kg N ha−1的值从b中排除

Fig.6 饲料和牲畜商品国际贸易中隐藏的氮排放。a、饲料商品(1.5 Tg N yr-1)b、畜产品,包括用于生产畜产品的饲料(4 Tg N yr−1)。色带的颜色区分了进口国和出口国,每个色带的箭头指向一个给定进口国在每个出口国造成的N排放量。箭头的大小表示每个图中氮排放的相对大小。箭头的方向表示进口商品中氮排放的归属。为了清楚起见,我们只表示主要流量(代表50%的嵌入氮排放量)

研究结论:

畜牧业生产部门目前氮排放量为65 Tg N yr-1,相当于目前人类引起的氮排放量的三分之一,足以填满氮的地球边界。其中66%来自于给亚洲,68%与饲料生产有关。尽管对一些进口国来说,国际贸易中隐含的氮排放很大,但大多数氮排放来自当地生产的动物源食品。鉴于其影响的巨大程度及其在各国国内和国际氮挑战中的核心作用,畜牧业迫切需要一项全球倡议,在支持粮食安全的同时解决氮过剩污染问题 

期刊信息


期刊:Nature Food

影响因子(2023):23.6

中科院分区:农林科学期刊一区Top


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