文献阅读 | 我国的食物需求对全球贸易和环境效应的影响
题目
China’s future food demand and its implications for trade and environment
作者
Hao Zhao, Jinfeng Chang, Petr Havlík, Michiel van Dijk, Hugo Valin, Charlotte Janssens, Lin Ma et al.
期刊
Nature Sustainability
时间
2021年10月
一作
单位
Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetic and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang, China; International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Laxenburg, Austria
链接
doi.org/10.1038/s41893-021-00784-6
研究背景
满足中国未来食物需求的同时，减少对环境的排放是未来几十年最重要的可持续性挑战之一。过去的研究缺乏对未来中国在全球农业市场中地位的定量分析即双边贸易的模式，同时缺少我国农产品贸易与自给权衡分析的决策依据。本研究发展了GLOBIOM-China模型——一种综合评估模型，能够同时对中国国内和全球的农业部门进行系统分析的全球模型。研究将模型中农业部门的主要数据和有关的环境参数进行了本地化校正，并引入了中国主要相关的农业政策。通过定量未来全球各区域的环境强度变化和双边贸易的发展，计算了由中国食物需求增加对国内、国际的环境影响。未来的发展预测基于共享社会经济路径（SSPs）。为了体现结果的稳健性，研究还对上述情景的每一个驱动因素的影响进行定量评估完成了不确定性分析。
研究方法
GLOBIOM模型
GLOBIOM是一种自下而上的局部均衡农业经济模型，涵盖了主要的土地利用部门，包括作物，畜牧，林业和生物能源子部门。GLOBIOM被广泛用于评估与农业有关的环境影响，例如可持续水资源利用，温室气体排放，土地利用变化以及相关的生物多样性变化。最后，本模型具有足够的灵活性，可以突出显示区域的详细结果（在本研究中为中国），同时仍将其置于在全球建模框架中来分析。
虚拟贸易的计算
虚拟贸易流动是指国际贸易中包含的资源投入或环境排放。本文将分析重点放在对中国的七个主要出口地区上：阿根廷，澳大利亚，巴西，加拿大，新西兰，美国和欧盟，它们占中国农产品进口总值的80％以上。为了计算贸易带来的环境影响，本文忽略出口国内部生产系统的异质性，假设所有地区用于国内消费和出口的农业生产对本国的环境影响相同。这个方法被前人广泛应用于计算有关虚拟水、土地和氮的贸易研究中。利用出口区域R和特定年份T中特定产品P的资源环境强度和贸易量可计算：
其中是BilateralTR,P,T在T时间点从区域R出口到中国的产品P的双边贸易量。由于模型贸易框架依赖于同质的商品假设，因此双边贸易量在此表示为净流量，即，一对贸易伙伴将同时只能在一个方向上进行交易，只有进口或出口PRODR,P,T是在特定年份T，从出口国R生产的产品P的总产量。AREAR,P,T是出口国R生产产品P所需的土地面积。虚拟氮、水和温室气体的计算遵循相同的逻辑。对于氮和灌溉用水，本文应用EPIC模型计算所得出的不同作物的资源强度。
施用氮肥的一氧化二氮（N2O）排放和稻田中的甲烷（CH4）为与作物直接相关的温室气体排放。N2O是根据氮肥消耗量和IPCC排放系数计算得出的，水稻CH4的计算根据FAOSTAT平均排放因子计算得出的。对于畜牧产品的GHG排放，本文计算了肠道发酵、粪尿管理、粪尿施用、以及草地放牧的粪尿排放的CH4和N2O。这些数据来自于全球畜牧生产系统数据库中的粪便管理的排放强度参数。对于进口导致间接的毁林排放，本研究采用一种自上而下的分配方法来计算。首先根据G4M模型的结果确定出口地区的森林砍伐面积以及排放的CO2，然后根据Curtis等人的方法将毁林产生的GHG排放分配到扩张的农田和牧场上。然后，根据各国家/地区不同作物种植面积扩张占总的耕地面积扩张的比例，将耕地扩张造成的森林砍伐的GHG排放分配给各个作物，最后由进口相关作物的虚拟进口面积计算贸易造成的毁林排放。与牧草地扩张有关的毁林GHG排放是根据不同畜牧生产系统的饲草需求计算出所需的草地面积，然后再分配到反刍动物产品中。最后，根据以下公式计算与作物或畜牧业相关的毁林排放
研究结果
1. 基线情景下中国食物需求将越来越依赖进口：
论文研究结果表明：预计到本世纪中叶，中国对农产品（包括食品、饲料、生物燃料或其他用途）的总需求将大幅增加（图1a）。反刍动物肉类和奶制品的总需求量将增加近一倍，到2050年分别达到1900万吨和6800万吨。饲料需求的增加驱动着作物产品需求的增加（+34%）。国内食物生产规模的扩大（谷物为+25%，猪和家禽产品为+33%，反刍动物肉类为+62%，奶制品为+38%）将在很大程度上满足日益增长的食物需求，见图1a第二行。同时，中国对农产品进口的依赖性也将增加（图1b）。
图1. 基准情景（BAU）下中国农产品的需求、生产和贸易趋势。a）需求和生产。第一行为需求，进一步分解为食物需求、饲料需求和生物燃料/其他用途，而第二行代表国内农产品生产。b）左边的图表显示了大豆产品和乳制品净进口量变化。中间和右边的圆形图分别代表了2010年和2050年中国与主要合作伙伴之间的双边贸易
2. 中国食物需求对国际和国内的影响：
预计中国在2050年对农产品的依赖程度在15%~24%之间，虚拟进口的农业土地面积为90~175 百万公顷，占中国食物消费所占用土地资源的26%~46%；温室气体排放量为88~226 MtCO2eq yr-1，占中国食物消费造成的温室气体排放总量的13%~32%。
与我们对2020年的预测相比，到2050年，虚拟进口农业土地面积（2100万公顷）的预计增长也将显著高于国内投入生产的面积（600万公顷）。2050年，农业进口预计分别占作物收获面积和牧场的41和77百万公顷。就牧场而言，2010年至2050年间，实际进口土地的增加量为49百万公顷，是国内增加量（26百万公顷）的两倍。反刍动物肉类、奶制品和油料产品的进口将分别对出口国造成8500、1800和1200万吨二氧化碳的直接温室气体排放。农产品进口还将间接地导致全球毁林的大量排放（2050年为23 MtCO2eq yr-1）。
图2. 2010-2030年和2010-2050年，中国食物需求增加对本国和进口国的环境影响变化。a）农业土地（作物收获面积和草地面积），b）温室气体，c）氮肥投入，d）灌溉用水。不同符号代表三种不同情景（基准情景BAU, 限制发展RD, 快速发展HD）各自的环境影响。
3.按出口国和进口产品分解虚拟环境影响：
与中国食物需求相关的作物虚拟贸易（农作物收获面积、氮肥和灌溉水投入）主要影响全球的农业大国，如巴西、美国和加拿大（图3）。BAU情景下，2050年中国将从巴西进口6600万吨大豆，占巴西大豆总产量的40%。这些大豆生产将消耗巴西1600万公顷的土地面积，70万吨的氮肥。此外，出口到中国的畜牧产品中包含的虚拟饲料作物也将带来额外的环境压力。
畜牧业的贸易同样将会带来巨大资源环境影响。就虚拟温室气体的排放量而言，中国农产品进口对巴西、新西兰和澳大利亚的影响最大，在2050年分别造成3000、2100和2000万吨二氧化碳当量每年的排放。其中牛肉出口占从巴西到中国的虚拟温室气体贸易量的77%。草地的虚拟贸易很大程度上取决于出口国的畜牧生产系统（放牧或集约化）。
图3. 2050年基准情景（BAU）下，中国农产品进口的虚拟环境影响。a）农业土地（作物收获面积和草地面积），b）温室气体，c）氮肥投入，d）灌溉用水。在每一个子图中，左侧显示了对出口地区的资源环境影响，右侧显示了按贸易产品区分的资源环境影响。括号中的数字表示出口到中国造成的影响占出口国本地生产的总资源环境影响的份额。
4.不同情景下的资源环境代价
针对结果的敏感性分析表明：与BAU情景的结果相比，限制发展（RD, Restricted Development），和快速发展（HD, High Development）两种情景下，未来中国食物需求对全球环境的总影响同样巨大（BAU±10%，参考图4a）。但是与贸易带来的环境影响相比，不同情景下对本地的环境影响差异不大。在RD情景中，虚拟进口的农业土地和温室气体排放占中国食物需求引起的总环境影响的份额分别达到26%和15%，而在HD情景中，这些数字可能分别达到46%和31%。在对人口，GDP，饮食结构，贸易开放程度，作物和畜牧生产力共六种未来发展的主要驱动因素进行进一步分析后，研究发现贸易开放程度对未来食物需求和环境影响最大，尤其针对农业土地这一环境指标。然而，开放性的贸易会减少总的温室气体的排放，这主要是因为从美国，欧盟等低温室气体排放强度的国家进口量增加。
图4. 2050年，不同情景下中国食物需求对全球环境影响的比较。a）资源环境代价的比较。b）资源环境影响对六个未来主要驱动因素的敏感性。（基准情景BAU, 限制发展RD, 快速发展HD，人口POP，国内生产总值GDP，饮食习惯DIET，作物生产力YILD，畜牧生产力FEEF，贸易开放程度TRADE。
研究结论
在2020~2050年间，不断增长的粮食需求，特别是对畜产品的需求（+16% ~ +30%）将导致国内3~12 百万公顷的草地扩张，和-2%~+16%农业温室气体排放量增长。
2050年中国对农业进口的依赖率为15%～24%，虚拟进口的农业土地面积为90～175 百万公顷，占中国食物消费占用土地资源的26%～46%；温室气体排放量为88～226 MtCO2eq yr-1，占中国食物消费GHG排放总量的13%～32%。其中农业土地的虚拟进口增加量是本地农业土地扩张的两倍，对全球土地可持续利用提出了挑战。
中国与世界其他国家之间环境影响的分布在很大程度上取决于贸易开放程度。因此，为了限制日益增长的食物消费对环境产生的负面影响，除了国内政策外，进口政策的设计需要考虑全球环境可持续性。
编辑&排版：朱羽遥
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