天水花牛苹果特色农产品碳足迹评价及碳标签制度分析

沙建英，齐 鹏

（甘肃农业大学，兰州730070）

气候变暖已经成为当前全球面临的重大挑战，人类生产生活所排放的温室气体已经引起诸多环境问题，例如气候变暖、臭氧层破环、大气污染等，这给人类生存环境和社会经济发展都带来了消极影响[1]。2018 年全球温室气体总排放量上升1.79%，其中与能源相关的CO2排放量创历史新高，达到33.1 亿t[2]。近年来我国工业发展迅速，与之相应的环境问题也愈发严重，CO2排放量每年达10 357 万t，是世界上碳排放量最多的十大国家之一。农业活动是CO2重要排放源，联合国粮农组织指出，农业活动中耕地释放的CO2约为150 亿t，占比超过全球人为CO2排放总量的30%[3]。农业生产的整个过程都伴随着大量的能源消耗和农资投入，能源的消耗和农资的生产、使用等活动均会产生大量的CO2，例如化肥、农药、农膜等农资生产的过程，播种、翻耕、灌溉和收获等环节中农机燃油的消耗过程等均会不同程度地产生CO2[4]。有研究表明，未来一个世纪全球气温还会持续增长，这样会不可避免地对社会经济和生态环境造成显著的负面影响[5]。

在环境因素和经济发展趋势的影响下，世界农业即将进入可持续发展的低碳农业经济时代，碳足迹这个新生词的出现成为了衡量低碳农业的重要指标。对农业生产活动进行碳足迹评价，可以系统地计算出各项农资投入和人为活动引起的直接和间接的CO2排放量，通过量化CO2排放量可以有效评估农业活动所排放的CO2对全球环境的影响，继而对农业生产活动提出有效的减排措施[6]。碳标签是碳足迹的延伸，也是碳足迹的载体，碳标签可直观告知消费者产品的碳排放信息，可提供给消费者选购产品或服务的参考依据[7]。产品碳标签可以标识出产品整个生命周期中的碳排放量，可以引导消费者选购低碳产品或服务，以促进低碳经济的发展，日本从2011 年4 月开始实施农产品碳标签制度，要求摆放在商店的农产品通过碳标签向消费者显示其生产过程中排放的CO2量；美国在2009 年就已经以法律的形式确立了碳标签制度[8]。因而碳标签成为继生态标签、能效标签等环境友好标签之后的又一大标签系统。

我国是世界上最大的水果生产国，改革开放以来，随着水果市场开放力度与日俱增，2019 年我国的水果产量达到全球水果生产总量的15%以上[9]。水果是我国的重要农产品，也是重要的出口产品。天水是西北地区农业大市，以花牛苹果为主的特色果品产业主导着农业经济的发展，2019 年，天水市花牛苹果产量达243 万t，果品产业在打赢脱贫攻坚战、助力乡村振兴中发挥着重要作用。本研究评价了果类农产品“从摇篮到坟墓”整个生命周期中的碳排放情况，并以天水花牛苹果为研究对象，通过评价其碳足迹，对其低碳种植提出了建议，为花牛苹果碳标签制度的建立提供了新思路，为相关部门推行碳标签制度提供理论及数据支持。

1 碳足迹计算方法

碳足迹（Carbon Footprint）指定量评价人类活动对全球气候变化的影响，用来衡量某种活动引起的（或某种产品在其生命周期内积累的）直接和间接的碳排放总量[10]。结合国内外对碳足迹的研究，碳足迹的主要评价方法有以下3 种：生命周期评价法、投入产出分析法、混合生命周期法[11]。

1.1 生命周期评价法

生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）指通过过程分析罗列出所研究对象与碳足迹相关的输入和输出数据清单，包括研究对象生产、加工、销售、使用、废弃、回收等过程环节的原料投入、能源输入、中间产品输出、废弃物输出等的数据清单，采用“自上而下”的模型计算出其碳足迹[12]。LCA 法具体包括4 个步骤，分别是目标和范围定义、清单分析、影响评价及结果解释[13]。当研究对象符合系统边界比较容易划分、基础数据较易获取、核算允许一定误差时，较适合采用生命周期法进行核算分析[14]。

1.2 投入产出法

投入产出法（Input-Output Analysis，IQA）是由美国经济学家华西里·列昂惕夫（Wassily Leontief）于20 世纪30 年代提出。该方法是一种从上至下的碳足迹计算方法，通过投入产出表中初始和中间投入、中间和最终产品输出、系统平衡关系等核算研究对象的碳足迹[12]，投入产出法核算碳足迹所需的人力、物力资源较少，适用于宏观系统的分析。

1.3 混合生命周期评价法

混合生命周期评价法（Hybrid Life Cycle Assessment，HLCA）是将生命周期评价法和投入产出法相结合的一种碳足迹计算方法。混合生命周期评价法保留了2 种方法的优点，减少了碳足迹计算过程的复杂性，适用于宏观和微观系统的碳足迹分析。因混合生命周期评价法在实践中对研究人员的理论要求较高，所以目前运用混合生命周期评价法核算碳足迹的研究不多[15]。

2 基于LCA 法评价果类农产品碳足迹

通过对碳足迹核算方法进行对比，再结合目前国外碳标签制度推行国家中对产品碳足迹核算方法的研究情况可以得知，目前对产品碳足迹进行核算广泛采用的方法为生命周期评价法。由于各国对产品碳足迹进行核算时大多采用生命周期评价法，说明用生命周期评价法计算产品碳足迹有一定的可靠性。生命周期评价（LCA）法是评价产品或服务对环境产生多少影响的一种方法，可以核算产品到商品的各个环节碳排放量，主要包括商品到消费者的环节和商品到商品的环节。果类农产品的评价步骤为：确定过程图、确定系统边界、收集数据、计算碳足迹、检查不确定因素[3]。

2.1 确定过程图

农产品的生命过程图包括产品的种植、生产、消费和废弃物处置的所有环节。绘制过程图可以大致了解农产品生命周期中的CO2排放环节，因此，绘制过程图是碳足迹计算过程的重要部分。根据生命周期所属阶段的不同建立不同的过程图，首先应确定选定产品对象属于商业到消费者（B2C）还是商业到商业（B2B）[16]。B2C 的评价内容包含产品的整个生命周期，即“从摇篮到坟墓”。B2B 的评价内容包括原材料通过生产再到产品到达一个新的阶段，即所谓的“从摇篮到大门”。B2C 过程图和B2B 过程图是不同的，如图1、图2 所示。

图1 B2C 过程图

图2 B2B 过程图

2.2 确定系统边界

农产品的碳足迹核算的系统边界包括产品从种植到处置的全过程，由农资的生产开始，至农产品收获处置完废弃物结束。边界确定，是指在计算碳足迹之前，要确定产品生命周期中的各阶段是否在碳足迹核算的范围之内，各阶段产生的CO2排放是否属于核算范围，确定系统边界要将产品全生命周期中CO2排放包含在内[17]。在确定系统边界时应将所有实质性贡献（指某一活动、某一耗能碳排放量预期占产品碳足迹的1%以上）纳入核算范围，非实质性贡献（碳排放量预期占产品碳足迹1%以下的排放源；消费者到零售店的交通能耗；畜力运输）不需要纳入核算范围。

2.3 收集数据

绘制完过程图，核定计算碳足迹系统边界后需进行数据收集，一般收集产品生命周期各个阶段中活动水平数据和排放因子。

活动水平数据指产品生命周期中的耗能数据。活动水平数据有初级和次级之分，初级活动水平数据可直接测量获得，如农业协会的行业报告中的数据；次级活动水平数据无法直接获取，一般通过对同一原料或同类产品进行测量而获取平均数据。收集数据要尽量保证收集准确性高的初级活动水平数据。当无法获取初级活动水平数据时，应尽量获取有效性高的次级活动水平数据，例如从文献或行业协会的数据中获取。排放因子是每个阶段碳排放的转换媒介，可以将每个阶段活动水平中的数据转换为碳排放量。

2.4 计算碳足迹

通过碳足迹计算公式核算产品不同环节耗能活动的碳排放量，将各个环节碳排放量加和就是农产品的总碳排放量。其中每个环节的活动水平数据与相应排放因子的乘积为这一环节的碳排放量。

2.5 检查不确定性

不确定性检验是为了确认碳足迹计算的准确性，不确定性检验不是必要的执行事项，但执行不确定性检验可以提高农产品碳足迹计算的可信度，可以进一步评估收集数据的质量。

3 天水花牛苹果碳足迹评价

3.1 产品背景与功能单位

甘肃是苹果生产大省，产量约占我国苹果产量的1/10，2019 年苹果产量291.5 万t，仅天水花牛苹果产量就达243 万t（国家统计年鉴）。本研究以花牛苹果为研究对象，核算花牛苹果在整个生命周期中的碳排放情况，找出花牛苹果碳足迹热点环节，为企业针对花牛苹果碳减排提供依据。花牛苹果凭着色泽艳、果形美、口感好等特点已经走进了欧洲市场，但苹果的出口在未来极可能会面临碳标签贸易壁垒，因此对花牛苹果进行碳足迹评价和碳标签核算有极大的现实意义。本研究通过调研天水花牛苹果（集团）有限责任公司获取数据，对花牛苹果进行了碳足迹评价。调研得知该公司花牛苹果果园面积约100 hm2，年产量约为3 000 t，每667 m2年产量约2 t。当选定目标产品后需要确定该产品功能单位，本研究将花牛苹果的功能单位确定为1 kg，即核算1 kg 花牛苹果的碳足迹。

3.2 花牛苹果碳足迹计算

3.2.1 绘制过程图

本研究选取的是产品从种植到消费的过程，因为消费者在苹果食用阶段和废弃果核阶段基本不会产生碳排放，所以本研究采用B2B 评价模式来绘制花牛苹果过程图，如图3 所示。

图3 天水花牛苹果碳足迹过程图

3.2.2 确定系统边界

花牛苹果的系统边界包括苹果的种植、收获、运输、生产加工、运输分销5 个阶段，不包括产品的零售阶段。由于苹果加工企业至分销中心距离少于1 km，因此分销运输环节碳排放忽略不计，其次，苹果在包装过程中使用的薄膜和套装碳排放相对于1 kg 苹果而言微乎其微，也忽略不计。因而在核算花牛苹果碳足迹时应重点关注肥料施用量、农药喷洒、耗电、燃油、人工等耗能过程。

3.2.3 收集数据

通过对天水花牛苹果（集团）有限公司调研，获得了相关的活动水平数据，包括果园面积、产量、肥料施用量、农药喷洒量、农药喷洒燃油、生产加工耗电量、人工、果园到企业的运输距离等。花牛苹果园基本数据及其消耗的主要生产资料见表1。

表1 花牛苹果园基本数据及其消耗的主要生产资料

依据所收集到的数据，计算出每千克花牛苹果耗能情况，详见表2。

表2 每生产1 kg 花牛苹果消耗的生产资料

通过查阅文献，获得每生产1 kg 花牛苹果的碳排放系数，详见表3。

表3 每生产1 kg花牛苹果的碳排放系数

3.2.4 碳足迹计算

产品生产过程中各项活动和能源消耗产生的碳排放（Eh）用碳当量（Ce）表示[14]，计算公式为：

Ehi＝Ai×Ci

式中，Ehi 表示第i 种活动的碳排放量；Ai 表示第i 种活动的活动水平；Ci 表示第i 种活动的排放因子。

碳排放总量计算公式为：

得出的天水花牛苹果各环节的碳排放量见表4。每千克天水花牛苹果碳足迹为0.069 824 9 kg Ce，其中，苹果原材料获取阶段中化肥、有机肥施用和农药喷洒的碳排放为0.037 573 0 kg Ce，苹果栽培管理活动中燃油消耗和人工耗能碳排放为0.010 233 0 kg Ce，苹果生产加工阶段电能碳排放为0.020 825 0 kg Ce，运输阶段碳排放为0.001 193 7 kg Ce。

表4 每生产1 kg 花牛苹果的碳排放 kgCe

3.2.5 不确定性检查

虽然苹果各个阶段活动水平数据都是从天水花牛苹果（集团）有限责任公司直接调研获取，但在苹果种植过程中，企业并未针对所有环节进行统一的能源消耗监测，也可能会存在不同种植基地农资投入情况不同，因而获取的初级数据存在些许误差，导致最后核算结果也存在一定偏差。

3.3 花牛苹果碳足迹构成分析

从苹果生长过程中碳足迹构成比例来看，苹果种植环节肥料施用过程中由于有机肥施用较多，所以有机肥施用造成的碳排放贡献较多，达到29.36%，为0.020 500 0 kg Ce/kg；其次是电能消耗碳排放，为0.020 825 0 kg Ce/kg，占29.82%。在化肥施用过程中，氮肥施用造成的碳排放也相对较多，占19.94%，为0.013 92 kg Ce/kg。燃油消耗的碳排放为0.010 080 0 kg Ce/kg，占14.44%。相对而言，人工劳作、杀虫剂、杀菌剂、公路运输、磷肥和钾肥所产生的碳排放占比较小，分别为0.22%、0.57%、1.04%、1.71%、1.37%和1.53%（表4、图4）。可以得出，花牛苹果生命周期中的碳排放热点环节为施肥环节和生产加工电能消耗环节。

图4 每生产1 kg 苹果的碳足迹构成

3.4 花牛苹果碳减排措施

对花牛苹果碳足迹构成进行分析得知，花牛苹果碳排放热点主要是化肥施用、电能消耗和机械燃油。结合花牛苹果种植实际情况，对减排环节提出如下建议。

（1）减少氮肥施用量，增加有机肥或农家肥施用量。花牛苹果在肥料施用环节，氮肥施用量115 kg，占肥料施用环节碳排放的37.05%；每667 m2有机肥施用量为1 000 kg，占肥料施用环节碳排放的54.56%，每千克氮肥施用的碳排放大约是每千克有机肥施用碳排放的42 倍。有研究[20]发现，我国水果种植每667 m2施用氮肥10.0～16.7 kg 较为合适。通过减少氮肥、增加有机肥或农家肥投入，不仅会提高肥料利用率，还会较大程度减少花牛苹果种植阶段碳排放量。

（2）加工企业投入低能耗设备。花牛苹果生产加工阶段碳排放量接近苹果整个生命周期碳排放的1/3，这是相当重要的碳热点环节。加工企业在权衡利润的同时可以投入环保设备或尽量减少高耗能设备的运转，例如在农药喷洒阶段用植保无人机喷洒代替燃油机械喷洒，苹果清洗阶段可以以人工清洗取代机器清洗等。

4 天水花牛苹果碳标签制度分析

碳标签也被称为碳标识，指为了缓解气候变化，减少CO2排放，推广低碳排放技术，把产品生命周期全过程的CO2排放量在产品标签上用量化的指数标示出来，以标签的形式告知消费者产品的碳信息[21]，消费者可以直观地知道所购买产品的CO2排放量，建立以消费者为主的低碳消费模式[22]。

2015 年中共中央、国务院印发的《生态文明体制改革总体方案》提出了“建立统一的绿色产品体系”，指出要将目前的环保、节能、节水、循环、低碳、再生、有机等产品统一整合为绿色产品，从而建立统一的绿色产品标准、认证、标识等体系[23]。西方部分国家已经提出了碳关税方案并且获得了认可，碳标签制度可以进一步为企业产品出口提供保障。建立花牛苹果碳标签制度，加大对碳标签工作的推动，对花牛苹果市场竞争力和发展力都具有重大意义。通过前期市场调研和数据分析，我们对花牛苹果碳标签制度的建立提出以下建议。

（1）落实碳标签认证。产品认证标志是消费者辨别产品质量、功能和是否低碳的依据，产品认证应由第三方权威机构进行认证，产品认证不仅可以保证苹果低碳的有效性，还可以为消费者购买低碳苹果提供参考依据[24]。碳标签认证在提高企业低碳竞争力的同时，还可以大致告知消费者该产品对环境的影响，让消费者更好地做出判断，增强对碳标签的信任度。

（2）普及低碳知识，大力宣传碳标签。碳标签制度建设的前期工作主要在于提高公民公共文明素养，保证消费者、经销商和企业等政府部门对碳标签制度的信任。政府应加大对低碳理念的宣传推广，加强人们对碳标签的重视程度，使碳标签渐渐融入市场。继而扩大碳标签制度的影响程度，让消费者认识到低碳减排对环境带来的积极意义，使消费者自愿购买贴有碳标签的花牛苹果。政府在保证消费者权益的同时可以引导消费者渐渐养成绿色消费的习惯，为促进低碳经济的发展作贡献。

（3）提高企业社会责任感。加强对花牛苹果生产加工企业的监管力度，使企业将低碳减排当成一种责任，让企业积极维护碳标签公信度，让企业认识到碳标签制度带来的品牌效益和经济收益，使企业自己积极推广碳标签制度，达成碳标签设立的初衷。政府也可制定企业低碳生产规范，使企业自觉履行社会责任。

（4）政企投入补贴，助力碳标签起步。政府应扶持企业的绿色生产，打造生态与经济一体化的创新发展，使企业不断探索低碳公益新模式。政府在碳标签推行过程中应起到带头引领作用，积极推进碳标签制度的实施。对推广产品碳标签的生产企业而言，政府可引入资金和相关政策扶持，减少企业推广低碳产品的成本投入；对于消费者而言，政府也可对购买加贴碳标签苹果的消费者适当予以补贴，以鼓励消费者购买低碳排放的苹果，进而助力碳标签的推广。

5 结论与展望

在全球气候变暖的大环境下，农产品生产活动产生的温室气体量不容小觑，减少温室气体排放量刻不容缓。本研究基于生命周期评价法对天水花牛苹果进行了碳足迹评价分析，通过核算，每千克天水花牛苹果碳足迹为0.069 824 9 kg Ce，即每千克花牛苹果在其生命周期中CO2排放量为0.256 024 6 kg，其中CO2排放的主要环节为施肥环节和生产加工电能消耗环节，分别占到总排放量的52.20%和29.82%，因此生产企业可通过减少化肥投入比率、优化产品生产工艺、优先选择环保设备等措施来减少花牛苹果碳排放。

作为世界最大的发展中国家和货物贸易出口国，我国要以积极的态度面对碳标签带来的影响。首先，要积极应对贸易壁垒，维持我国对外贸易地位；其次，要顺应低碳经济发展趋势，减少温室气体排放，尽大国减排的责任和义务[25]。农产品碳足迹计算是碳标签制度推行的关键，作为企业应适应国际规则积极发展低碳经济；作为消费者应培养低碳意识，养成环境友好型消费习惯；作为政府应积极扶持，助力企业对产品进行低碳化和标签化发展。当下应结合“一带一路”战略，加快特色农产品碳标签制度进程的推进，促进低碳农业的发展。