加拿大肉牛母犊生产系统温室气体排放与经济效益的关联研究：基于基准农场模型的量化分析

本刊推荐：为解决肉牛养殖中经济效益与环境可持续性的平衡问题，研究人员开展了加拿大母犊生产系统温室气体排放（GHG）与财务绩效的关联研究。通过建立62个基准农场模型，发现低排放强度（LEI）农场通过提高活重输出和降低折旧成本，实现了经济效益与减排双赢。该研究为制定针对性减排策略提供了重要依据。

　　

在全球气候变化和农业可持续发展的双重压力下，畜牧业特别是肉牛生产系统正面临严峻挑战。作为全球第八大牛肉出口国，加拿大肉牛产业每年贡献约290亿加元国内生产总值，但其生产过程中产生的温室气体排放（Greenhouse Gas Emissions, GHG）也备受关注。其中，母犊-犊牛生产环节（cow-calf operations）作为肉牛产业链的起点，贡献了整个生产系统80%的温室气体排放，成为减排策略的关键靶点。然而，长期以来，环境效益与经济效益之间的权衡关系一直困扰着生产者和政策制定者——追求利润最大化是否会以环境破坏为代价？能否找到双赢的解决方案？

为了回答这些问题，由Genet Mengistu、Huiting Huang和Brenna Grant组成的研究团队在《Canadian Journal of Animal Science》发表了开创性研究。他们通过对加拿大62个基准农场进行系统分析，首次全面量化了母犊生产系统的温室气体排放与财务绩效关系，揭示了经济效益与环境可持续性协同提升的内在机制。

研究人员采用多学科交叉方法，整合了农业经济模型与环境科学模型。关键技术方法包括：1) 基于225个农场数据建立62个管理特征相似的基准农场模型；2) 使用加拿大农业部开发的Holos 4全农场排放模型估算温室气体排放，涵盖enteric CH₄（肠道甲烷）、manure CH₄（粪便甲烷）、N₂O（氧化亚氮）和energy CO₂（能源二氧化碳）等排放源；3) 采用TIPI-CAL经济模型评估财务绩效，包括短期和中长期利润分析；4) 运用主成分分析（PCA）和聚类分析识别农场特征模式。

3.1. 基准农场属性

研究发现加拿大母犊生产系统存在显著差异性。牛群规模中位数为151头，范围35-950头，77%的大型农场集中在西部省份。排放源分析显示，肠道CH₄占总排放量的68%（平均1025 tCO₂e），粪便CH₄占11%，直接N₂O占9%，间接N₂O占7%，能源CO₂占4%。牧场生产力差异巨大，每公顷活重产出从20公斤到930公斤不等。

3.2. LEI和HEI农场的温室气体排放与经济性能

通过排放强度（Emission Intensity, EI）四分位分析，研究定义了高排放强度（HEI）和低排放强度（LEI）农场组。HEI农场的平均EI为38.4 kg CO₂e/kg LW，显著高于LEI农场的23.1 kg CO₂e/kg LW。关键发现是：LEI农场通过更高的活重输出获得了更高收益（P<0.01），而成本无显著差异。中长期利润在LEI农场显著更高，主要得益于较低的折旧成本。

3.3. 动物性能、经济性能与排放强度的关系

相关性分析揭示了重要规律：淘汰母牛比例与EI呈负相关（r=-0.36），犊牛断奶重量与EI负相关趋势（r=-0.33），牧场生产力与EI中度负相关（r=-0.45）。经济效益方面，收入与EI中度负相关（r=-0.44），中长期利润与EI强负相关（r=-0.37）。

3.4. 农场聚类

主成分分析成功区分了三类农场：LEI农场（Group 2）与利润、收入、淘汰率和犊牛增重正相关；HEI农场分为两组，Group 1与直接和间接N₂O排放及折旧成本相关，Group 3与肠道和粪便CH₄及能源CO₂相关。这一发现表明HEI农场内部存在异质性，需要针对性减排策略。

研究结论与讨论部分强调了几个关键点：首先，排放强度的差异主要源于粪便管理系统——深垫料系统（deep bedding）比堆存（stockpiling）产生更多CH₄排放。其次，经济效益的提升主要依靠提高生产力和降低折旧成本，而非单纯扩大规模。第三，研究发现营养质量（TDN和CP）与EI无显著相关，表明通过合理的饲料组合即可实现低排放，无需追求极高营养水平。

该研究的重要实践意义在于证明了“利润驱动型”生产者可以通过提高生产效率自然实现减排目标，无需在环境与经济间做出艰难抉择。特别是对于HEI农场，针对性的干预措施——Group 1农场需重点改善氮管理，Group 3农场需提高饲料消化率和改变粪便管理方式——能够实现显著减排效果。

研究同时也指出了模型局限性：Holos模型需要进一步优化以准确反映冬季饲养实践中的粪便处理方式；土壤有机碳（SOC）变化因数据缺乏未能纳入分析；经济数据仅基于单一年份可能受市场价格波动影响。未来研究需要纳入更多年份数据并改进排放因子计算方法的准确性。

这项研究为加拿大牛肉产业实现2030年可持续发展目标提供了科学依据，证明了通过改进生产效率和成本管理，可以同时实现环境和经济双重效益，为全球畜牧业可持续发展提供了重要参考范式。