使用古代小麦制作面包的可持续性：有机和传统供应链中的环境影响与经济评估

《Acta Agriculturae Scandinavica, Section B — Soil & Plant Science》：Sustainability of bread from ancient wheat: environmental impact and economic assessment in organic and conventional supply chains

本研究评估了Verna小麦在常规和有机种植系统下的环境与经济可持续性，采用生命周期评估（LCA）和经济分析，发现有机系统单位面包的全球变暖（0.95 vs 1.47 kg CO?eq）、淡水生态毒性和富营养化影响显著降低，但经济成本较高（+11%），尤其在磨米阶段成本增幅超100%。欧盟补贴部分弥补了成本差异，但需进一步市场认可和供应链优化。

　　### 研究背景与意义

面包作为人类饮食中不可或缺的一部分，其生产过程涉及多个阶段，从小麦种植到烘焙，对环境和经济都具有深远的影响。近年来，随着全球对可持续发展的关注日益增强，研究者们开始更加重视农业生产和食品加工对环境的影响。在这一背景下，有机农业作为一种减少外部投入、提升生态效益的生产方式，逐渐受到重视。然而，尽管有机农业在环境保护方面具有优势，其产量通常低于传统农业，这导致需要更多的土地资源来满足相同的需求，进而引发对有机农业经济可行性的质疑。

本研究聚焦于一种古老的软质小麦品种——Verna，评估其在传统农业和有机农业两种系统下的环境与经济可持续性。通过生命周期评估（LCA）方法，研究团队对从种植到烘焙的整个面包生产链进行了系统的环境影响分析，同时结合经济成本分析，探讨了不同生产方式在供应链中的成本结构和市场动态。研究结果不仅有助于理解有机和传统农业在面包生产中的不同影响，还为制定更加环保和经济的食品生产策略提供了科学依据。

### 研究方法与数据来源

本研究采用了生命周期评估（LCA）和经济成本分析相结合的方法，以全面评估Verna小麦在不同农业系统下的环境和经济表现。LCA方法涵盖了从种植到烘焙的整个生产过程，包括土地使用、肥料和农药的使用、机械操作、运输、包装和能源消耗等多个环节。为了确保研究的科学性和准确性，研究团队从意大利托斯卡纳地区的10家农场（5家传统农业，5家有机农业）收集了五年的种植数据，并从当地两家磨坊和两家面包店获取了加工阶段的数据。

研究中使用了GaBi软件（版本10.9.0.31）进行环境影响评估，并结合CML 2001方法（2016年更新版）对多个环境指标进行了分析，包括全球变暖、淡水生态毒性、海水生态毒性、酸化、富营养化、陆地生态毒性、人类毒性、臭氧层消耗潜力和光化学臭氧生成潜力。此外，经济分析则基于同一供应链的各个阶段，评估了生产成本的结构和变化，特别是在不同农业系统下，从种植到烘焙的各环节成本差异。

为了确保研究的系统性和可比性，研究团队采用了功能单元（FU）的概念，分别以每千克小麦和每千克面粉为基准进行环境影响评估，而最终的面包生产成本则以每千克面包为单位进行计算。这一方法不仅有助于识别生产链中各阶段的环境负担，还能够提供关于不同生产方式的综合比较，从而支持更可持续的食品生产策略。

### 环境影响分析

#### 全球变暖（Global Warming）

全球变暖是本研究中关注的核心环境指标之一，其主要驱动因素是温室气体（GHG）的排放，包括二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）和氧化亚氮（N?O）。研究结果表明，尽管有机农业系统的产量仅为传统农业的45%，但其在每千克面包的全球变暖影响方面显著优于传统农业系统。具体而言，传统农业系统每千克面包的全球变暖影响为1.47千克CO?当量，而有机农业系统的全球变暖影响仅为0.95千克CO?当量，显示出有机农业在减少温室气体排放方面的潜力。

然而，研究还发现，烘焙环节在两种农业系统中均对全球变暖影响贡献最大，占据了超过70%的温室气体排放。这表明，即使在有机农业系统中，烘焙过程仍然是导致环境负担的主要因素之一。因此，优化烘焙环节的能源使用效率，采用更环保的能源来源，如可再生能源，对于降低全球变暖影响具有重要意义。

#### 淡水生态毒性（Freshwater Ecotoxicity）

淡水生态毒性主要源于农业中使用的农药、杀菌剂和肥料。研究显示，传统农业系统的淡水生态毒性显著高于有机农业系统，前者每千克面包的淡水生态毒性为0.06千克1,4-二氯苯当量，而后者仅为0.02千克。这一差异主要归因于传统农业系统中化肥和农药的大量使用，而有机农业则依赖于天然的替代品，减少了对环境的污染。

此外，研究还指出，包装材料的生产是加工阶段对淡水生态毒性的重要贡献因素。纸袋的制造过程中涉及重金属的使用，这可能导致对水体生态系统的潜在威胁。因此，采用更环保的包装材料，如可降解或回收利用的材料，对于减少淡水生态毒性具有积极作用。

#### 海水生态毒性（Seawater Ecotoxicity）

海水生态毒性主要与农业中使用的氮磷类肥料有关，这些肥料在降雨和地表径流作用下进入水体，导致水体富营养化。研究结果显示，传统农业系统的海水生态毒性显著高于有机农业系统，前者每千克面包的海水生态毒性为300.74千克1,4-二氯苯当量，而后者仅为112.46千克。这一差异进一步强调了传统农业在水资源管理方面的不足。

有机农业系统中，虽然使用了铜基产品进行种子处理，但其对海水生态毒性的影响相对较小。这表明，尽管有机农业在某些方面可能带来新的环境挑战，但整体上仍优于传统农业。为了进一步减少海水生态毒性，研究建议采用更高效的施肥策略，如精准农业或缓释肥料，以及通过覆盖作物和间作等农业实践减少对除草剂的依赖。

#### 酸化（Acidification）

酸化主要由化石燃料燃烧、工业排放和农业活动引起。研究发现，传统农业和有机农业系统在酸化方面的环境影响差异不大，均占总影响的约50%。然而，传统农业系统由于大量使用矿物肥料和水溶性肥料，其酸化影响略高于有机农业系统。此外，加工阶段的酸化影响也显著，尤其是面粉储存和烘焙过程中产生的酸化物质。

为了减少酸化影响，研究建议在农业阶段减少化肥和农药的使用，推广有机肥料和精准农业技术。同时，在加工阶段，采用低能耗和高效能的处理技术，如使用可再生能源和优化能源使用，也是降低酸化影响的有效手段。

#### 富营养化（Eutrophication）

富营养化是指水体和土壤中营养物质（如氮和磷）的过度积累，导致生态系统退化。研究发现，种植阶段是富营养化的主要来源，占传统农业和有机农业系统总影响的85%左右。传统农业系统由于使用大量合成肥料，其富营养化影响显著高于有机农业系统。

然而，有机农业系统中使用商业有机肥料而非天然粪肥，使得其富营养化影响相对较小。此外，加工阶段的能源消耗也是富营养化的重要因素，因此优化加工环节的能源使用，推广低影响的加工技术，对于减少富营养化具有重要意义。

#### 陆地生态毒性（Terrestrial Ecotoxicity）

陆地生态毒性主要与农业中使用的农药和化肥有关，以及加工阶段中使用的硫磺酸和蒸汽等物质。研究显示，传统农业系统的陆地生态毒性显著高于有机农业系统，主要由于传统农业中农药和除草剂的广泛使用。然而，有机农业系统的陆地生态毒性影响虽然较低，但其加工阶段的能源消耗仍然是影响环境的重要因素。

为了减少陆地生态毒性，研究建议优化农药和化肥的使用，推广低能耗的加工技术，并采用可再生能源。此外，通过覆盖作物和间作等农业实践，可以有效减少对除草剂的依赖，从而降低对陆地生态系统的负面影响。

#### 人类毒性（Human Toxicity）

人类毒性主要与重金属的排放有关，这些金属可能通过空气、水体和土壤进入人体，造成健康风险。研究发现，传统农业系统的重金属排放量显著高于有机农业系统，主要源于合成肥料和农药的生产与使用。此外，面粉储存和烘焙过程中的排放也是人类毒性的重要来源。

为了减少人类毒性，研究建议在农业阶段减少化肥和农药的使用，推广有机肥料和精准农业技术。同时，在加工阶段，采用低能耗和高效能的处理技术，以及使用可再生能源，也是降低人类毒性的重要措施。

#### 臭氧层消耗潜力（Ozone Layer Depletion Potential）

臭氧层消耗潜力主要与农业中使用的化石燃料燃烧、合成肥料和农药的生产有关。研究发现，传统农业系统的臭氧层消耗潜力略高于有机农业系统，但两者在整体上均对臭氧层的影响较小。这一结果表明，尽管农业活动对臭氧层有潜在影响，但其影响程度相对较低。

为了减少臭氧层消耗潜力，研究建议在农业和加工阶段推广低影响的生产方式，减少化石燃料的使用，并采用可再生能源。此外，优化能源使用效率，减少不必要的排放，也是保护臭氧层的重要手段。

#### 光化学臭氧生成潜力（Photochemical Ozone Creation Potential）

光化学臭氧生成潜力主要与氮氧化物（NOx）和非甲烷挥发性有机化合物（NMVOCs）的排放有关，这些物质在阳光和高温作用下发生化学反应，生成地面臭氧。研究发现，加工阶段的能源消耗是光化学臭氧生成潜力的主要来源，尤其是在烘焙和磨坊操作中。

为了减少光化学臭氧生成潜力，研究建议在农业和加工阶段推广低能耗的生产方式，并采用可再生能源。此外，通过优化能源使用效率，减少不必要的排放，也是降低地面臭氧生成的重要措施。

### 经济评估

#### 成本结构分析

经济分析显示，有机农业系统的生产成本显著高于传统农业系统，平均每千克面包的生产成本分别为5.00-5.20欧元和4.40-4.60欧元。这一差异主要源于有机农业系统的低产量和高成本的认证要求。尽管有机农业系统的产量仅为传统农业的45%，但其每千克小麦的生产成本却比传统农业高出19%。

在加工阶段，磨坊和面包店的成本差异尤为显著。有机农业系统的磨坊和面包店每千克面粉的生产成本为0.41欧元，而传统农业系统的磨坊和面包店每千克面粉的生产成本仅为0.19欧元。这一差异主要由于有机农业系统的规模较小，以及认证和专用清洁等额外成本。

#### 市场与补贴

尽管有机农业系统的生产成本较高，但其最终的面包价格通常也高于传统农业系统。然而，由于市场对有机产品的需求增长，以及消费者对健康和可持续性的关注，有机面包的销售价格往往能够部分或完全抵消其较高的生产成本。此外，欧盟的补贴政策在一定程度上支持了有机农业系统的经济可行性，使其在某些情况下能够维持其市场竞争力。

然而，研究也指出，有机农业系统的经济可行性仍然受到一定限制。由于有机农业的产量较低，其单位产品的生产成本较高，导致利润空间有限。因此，为了提高有机农业系统的经济可行性，研究建议进一步提升市场对有机产品的认可度，并推动更公平的补贴分配，以支持整个供应链的可持续发展。

### 研究结果与讨论

#### 环境与经济的平衡

研究结果表明，尽管有机农业系统在环境影响方面具有优势，但其较高的生产成本和较低的产量对经济可行性提出了挑战。因此，实现环境与经济的平衡是可持续面包生产的关键。研究建议通过优化农业实践和加工技术，提高资源利用效率，降低生产成本，同时减少环境影响。

#### 传统农业与有机农业的比较

传统农业系统在环境影响方面主要受到化肥和农药使用的影响，而有机农业系统则通过减少这些输入，降低了对环境的负担。然而，有机农业系统的低产量意味着需要更多的土地资源来满足相同的需求，这可能对环境造成新的挑战。因此，研究建议在有机农业系统中，通过提高产量和优化农业实践，以减少对土地资源的需求。

#### 加工阶段的重要性

加工阶段在面包生产链中扮演着至关重要的角色，其对环境的影响显著高于种植阶段。特别是在烘焙过程中，由于能源消耗较高，导致大量的温室气体排放。因此，优化加工阶段的能源使用，推广可再生能源，是减少环境影响的重要措施。

#### 政策与市场建议

研究结果对政策制定者和市场参与者具有重要参考价值。政策制定者应考虑制定更加支持有机农业的补贴政策，以促进其可持续发展。同时，市场参与者应关注消费者对有机产品的接受度，通过提升产品价值和市场竞争力，推动有机农业的普及。

### 结论与展望

本研究为评估面包生产链的环境和经济可持续性提供了重要的科学依据。尽管有机农业系统在环境影响方面具有优势，但其较高的生产成本和较低的产量对经济可行性提出了挑战。因此，实现环境与经济的平衡是可持续面包生产的关键。研究建议通过优化农业实践和加工技术，提高资源利用效率，降低生产成本，同时减少环境影响。

未来的研究应进一步扩展到国家层面，涵盖更多的小麦品种和市场配置，以增强研究结果的普遍性和可转移性。此外，研究还强调了传统生产系统和原产地认证产品在欧洲食品供应链中的重要性，认为这些系统在保护地方遗产和饮食传统方面具有不可替代的价值。通过将科学研究与实际应用相结合，本研究为推动更加可持续和经济的食品生产系统提供了有益的指导。