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当前食品系统的温室气体（GHG）排放问题严峻，农业向无化石生产转型迫在眉睫。研究人员针对瑞典奶牛场，开展沼气系统应用研究。结果显示该系统可减少 218.4 t CO2 eq. 排放，经济上或有正负收益。此研究为农业可持续发展提供重要参考。
在全球积极应对气候变化的大背景下，食品系统的温室气体排放问题日益凸显。据相关研究，食品系统约占全球人为温室气体排放的三分之一，瑞典的农业生产也面临着同样的困境。传统农业生产中，化石基生产投入产生的排放不容小觑，像柴油动力机械的使用、以天然气蒸汽甲烷重整制得的硝酸铵肥料以及储存和保存饲料的聚合物材料等，都是排放的主要来源。2022 年，瑞典农业机械使用和农业场所供暖就造成了约 516,500 吨的化石二氧化碳排放。为了降低农业对气候的负面影响，向无化石生产实践转型成为关键。然而，农民在做出转型决策时，经济因素起着重要作用。若转型无利可图，他们很可能会放弃。此前研究虽表明农民决策并非仅受经济因素影响，但农业向无化石转型的经济和气候影响，尤其是农场层面的影响，仍未得到充分研究。
为了深入了解这些问题，来自瑞典等相关机构的研究人员开展了一项针对瑞典奶牛场的研究。他们致力于评估从传统奶牛场系统向沼气（Biogas）系统转型在农场层面的经济和气候效应。研究成果发表在《Agricultural Systems》上。
在这项研究中，研究人员主要运用了两种关键技术方法。一是随机部分预算分析（Stochastic partial budgeting approach），通过构建模型，利用经济数据来估算从传统场景转换到沼气场景时的总经济效益变化和总成本变化，该方法能够考虑到经济变量的不确定性和风险。二是生命周期评估（Life cycle assessment，LCA），以此来量化从传统场景转换到沼气场景后，100 年内全球变暖潜势（GWP100）的变化，评估沼气系统对气候的潜在影响。
研究结果主要分为以下几个方面：
- 农场层面的经济效应：从确定性分析来看，向沼气系统转型后，农场每年的净收益变化预计为 1035 瑞典克朗。这主要得益于向沼气厂出售粪便和出售柴油拖拉机（重新计算为年金）带来的收入增加，以及柴油消耗成本和合成肥料购买成本的降低。然而，随机模拟结果显示，模拟的净收益大多为负，中位数净收益为 -5397 瑞典克朗。这表明虽然从理论上看转型可能有正收益，但实际操作中存在较大风险。通过分析影响净收益变化的因素发现，柴油价格和生物甲烷价格是主要驱动因素，对净收益变化的贡献率分别为 35.3% 和 34.1%。
- 对温室气体排放的影响：相比传统场景，沼气场景的全球变暖潜势降低了 218.4 吨二氧化碳当量（CO2e），即每使用一吨用于沼气生产的粪便，可减少 28.35 千克 CO2e 排放。其中，用压缩生物气（CBG）替代柴油是减排的主要贡献因素，减少了 149.2 吨 CO2e 排放。此外，减少矿物氮肥的使用、厌氧消化粪便的储存和田间施用过程中的减排，也都对降低温室气体排放有一定贡献。
- 敏感性分析：研究人员对输入数据进行了变化，以评估不同参数对沼气场景中全球变暖潜势降低的影响。结果发现，使用瑞典沼气厂电力消耗的边际排放因子对气候影响结果的影响最大；使用低排放设施进行沼气生产、升级和使用，也能显著增加温室气体减排量。
研究结论和讨论部分表明，从经济和气候角度来看，投资沼气系统是可行的，无需额外农业用地，也无需通过提高农产品价格来补偿农民。但由于模拟结果中超过一半的点估计会导致亏损，所以投资存在财务风险。柴油价格、生物甲烷价格、有效利率和初始资本支出等因素的波动，都增加了投资的不确定性。不过，该研究也揭示了通过创建经济和商业激励措施，鼓励农民与集中式沼气厂之间的交易，可以实现向无化石奶牛养殖转型的市场内化。要实现沼气场景，建立运行良好的沼气厂至关重要，这需要农民与其他利益相关者继续合作建立更多沼气厂，并通过优化定价、信息共享、合理选址、鼓励农场使用消化液以及创新消化液撒施机械等措施来推动。总之，这项研究为农业可持续发展提供了有价值的参考，为推动无化石农业转型指明了方向。
