从采矿到饲喂动物系统：矿物质补充剂在生命周期评价中被忽视的环境足迹——一项范围综述

《npj Sustainable Agriculture》：Uncharted links from mining to fed animal systems: a scoping review

　　

： 动物源性食品在全球人类饮食中所占比例日益增大，饲料生产是养殖动物系统环境影响的主要驱动因素。尽管大量关注集中于农业和渔业来源的饲料原料，但矿物质补充剂——作为饲料的关键组分——在可持续性评估中仍很大程度上被忽视。研究人员回顾了100余篇针对牛、猪、鸡、鱼类和甲壳类动物的同行评审生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）研究，以评估矿物质补充剂在其中的表征情况。近三分之二的研究完全排除了矿物质，其中水产养殖领域的排除比例最高。尽管约三分之一的研究对矿物质的影响进行了建模，但其中三分之二依赖如碳酸钙等替代指标（proxy），而非对饲料配方中规定的预混料进行建模。仅有八分之一的研究准确建模了实际使用的矿物质补充剂。这种表征不足存在问题，因为矿物质主要来源于采矿，采矿蕴含可观的环境压力，包括土地利用变化和温室气体排放。此外，物种特异的矿物质需求难以被替代指标准确捕捉。排除或错误表征矿物质削弱了环境足迹评估的准确性，并限制了对全球动物性食品生产真实影响的理解。研究人员建议在未来研究中改进矿物质补充剂来源的记录与整合，以增强养殖动物饲料可持续性评估的可靠性。

论文解读

一、研究背景与问题提出

动物源性食品在全球人类饮食中的比重持续上升，其生产已成为全球食品体系环境压力的主要来源。对于大多数养殖动物（包括猪、鸡、鱼类、甲壳类动物及部分反刍动物）而言，人工配合饲料是保障其生长与健康所必需的投入品。然而，为全球养殖动物生产足够饲料的环境代价极为巨大：约33%–40%的农业用地以及超过9%的水生动物产量被用于饲料生产。在养殖动物的全生命周期中，环境影响的大部分往往来自饲料生产环节。

长期以来，学术界对饲料原料可持续性的关注集中于农业和渔业来源的生物组分，如大豆制品、棕榈油和野生捕捞鱼粉，这些原料因其生产带来的生态后果以及与人类直接消费资源的竞争而受到广泛审视。然而，饲料中非生物资源——特别是矿物质补充剂——在可持续性评估中极少被讨论。矿物质是动物饲料的关键组分，动物对矿物质的需求因物种、品种、发育阶段和繁殖状态而异。为满足需求，大量养殖动物通过饲料摄入矿物质补充剂以防止营养缺乏并最大化生产效率和产品品质。矿物质补充剂可以多种化学形式提供，并可从多种来源生产。例如，磷补充剂可以磷酸氢钙、磷酸二氢钙等形式存在，来源可以是磷矿（通过采矿）或动物生产副产物骨骼。尽管矿物质补充剂在饲料中占比通常很小（鲑鱼饲料中低于5%，牛饲料中低于3%），但全球数十亿养殖动物使用这些补充剂，即便以低添加率计算，每年也相当于数百万吨矿物质。以饲料转化率1.35和矿物质预混料添加率4.1%计算，仅2024年全球鲑鱼产业就使用了约111,785吨矿物质预混料。

在此背景下，开展本研究的必要性在于：矿物质补充剂的环境影响评估存在显著空白，其来源主要依赖采矿，而采矿蕴含土地利用变化、温室气体排放、废弃物、土壤污染和水污染等可观环境压力。这些影响与农业或渔业活动（通常具有可再生资源基础）形成鲜明对比。单位产量的影响强度也可能超过其他饲料原料：例如，温室气体排放估算（kg CO₂ eq/t）从磷酸氢钙的774到元素磷的8812不等，锌矿开采和加工为2000至6120，而小麦生产的温室气体估算仅为423至735 kg CO₂ eq/t。因此，理解矿物质补充剂使用的环境影响是可持续动物性食品生产的重要组成。

二、研究内容与主要结论

研究人员采用范围综述（scoping review）方法，基于PRISMA-ScR框架，系统检索了Scopus、Web of Science和Google Scholar三个数据库，收集每个数据库的前100篇文献，经去重和筛选后最终纳入104篇同行评审论文，包含109项独立的生命周期评价（LCA）。这些LCA涵盖牛（33项）、鸡（28项）、鱼/甲壳类（25项）和猪（23项）。

研究的主要发现包括：第一，在全部LCA中，64%（n=70）完全排除了矿物质补充剂。按物种分类，鱼类和甲壳类的排除比例最高（84%），其次为牛（73%）、鸡（50%）和猪（48%）。第二，在纳入矿物质补充剂的39项LCA（36.5%）中，有25项（66%）未按饲料描述中详述的矿物质补充剂进行建模，而是使用替代指标（如碳酸钙）来代表矿物质使用的影响。因此，仅有14项LCA（13%）准确建模了与研究中饲料配方相对应的矿物质使用影响。第三，替代指标的使用模式在不同物种间差异不大，碳酸钙或石灰石是最常用的替代指标（n=15），其次为元素磷（n=3）和氯化钠（n=3），部分LCA明确说明预混料被假定主要由石灰石组成。

研究进一步指出，矿物质补充剂的排除或错误表征会导致环境足迹评估严重失真。以美国育肥场为例，2025年估计使用了83,767,500吨饲料，假设磷添加率为0.48%，磷矿开采和加工排放因子为8812 kg CO₂ eq/t，则仅磷补充一项每年就产生近7200万吨CO₂当量排放。挪威鲑鱼产业2020年使用了约1,976,706吨饲料，假设磷添加率为0.94%，磷补充将额外产生163,700吨CO₂当量排放。此外，矿物质加工引入了农业系统中不存在的新型环境压力路径，例如锌加工过程中硫酸生产带来的影响，以及矿区分布于生物多样性丰富地区所带来的生物多样性相关风险，这些均无法通过常见替代指标捕捉。

三、主要技术方法

研究人员采用范围综述（scoping review）方法，遵循PRISMA-ScR扩展框架。文献检索覆盖Scopus、Web of Science和Google Scholar三个数据库，检索日期为2024年2月21日，每库收集前100篇结果，仅保留英文同行评审期刊论文。共获得300篇文献，去除64篇重复后剩余236篇，由三位评审人分工进行标题和摘要筛选，其中10%的文献由三人共同评审以检验一致性。对无法确定是否纳入矿物质的25篇论文，研究人员通过电子邮件联系通讯作者（回复率36%），两次未回复即判定为无法确认而排除。最终纳入104篇论文、109项LCA。数据提取内容包括论文基本信息、动物种类、养殖国家、矿物质是否纳入LCA清单、是否使用替代指标及其类型等。所有分析和图表制作使用RStudio完成。

四、研究结果

矿物质补充剂在养殖动物饲料LCA中的处理方式

研究共识别出104篇符合检索标准的同行评审论文，包含109项独立LCA，其中牛33项、鸡28项、鱼/甲壳类25项、猪23项。合并统计显示，大多数论文（64%，n=70）在LCA中排除了矿物质补充剂。按物种分类，鱼类和甲壳类的排除比例最高（84%），其次为牛（73%）、鸡（50%）和猪（48%）。在纳入矿物质补充剂的39项LCA（36.5%）中，25项（66%）未按饲料描述中的矿物质补充剂建模，而是使用替代指标（如碳酸钙）代表矿物质使用的影响。因此，仅有14项LCA（13%）准确建模了与饲料配方相对应的矿物质使用影响。

LCA中替代指标的使用模式

在采用替代指标的研究中，不同LCA使用的替代指标较为相似。常用替代指标包括碳酸钙/石灰石（n=15）、元素磷（n=3）和氯化钠（n=3）。碳酸钙或石灰石最常被用来代表整个矿物质预混料的影响，部分LCA明确说明预混料被假定主要由石灰石组成。替代指标的使用模式在不同物种间差异不大，碳酸钙是所有养殖动物组中最常用的替代指标。

提高矿物质补充剂可持续性评估分辨率的重要性

矿物质补充剂在饲料LCA中的表征不足削弱了环境足迹评估的可靠性。大多数补充剂中的矿物质来源于矿石开采，产生包括土地利用、温室气体排放、废弃物、土壤污染和水污染在内的可观环境压力。单位产量的影响强度可能超过其他饲料原料。以美国育肥场为例，磷补充每年产生近7200万吨CO₂当量排放。鱼类和甲壳类的排除比例特别高（95%），挪威鲑鱼饲料的磷补充额外产生163,700吨CO₂当量排放。使用替代指标还会遗漏独特的影响路径，如锌加工中硫酸生产的影响，以及矿区与高生物多样性区域的空间重叠所带来的生物多样性相关风险。

五、讨论与结论

研究人员指出，虽然从环境角度而言排除矿物质补充剂存在问题，但这一做法在操作层面是可以理解的。矿物质的环境影响计算难度大，饲料中各矿物质的确切浓度和化学形态（如硒以亚硒酸钠或硒代蛋氨酸形式存在）往往涉及商业机密。采矿地点、矿石运输和加工过程的数据也存在大量缺口。此外，同一矿物质可有不同来源（如磷可来自动物骨骼或磷矿石），其影响因来源地点和生产方法而异，在LCA中的分配方式也不同。

尽管存在上述挑战，研究人员强调来源信息的缺乏不应完全阻碍矿物质预混料组分纳入饲料LCA。FAO畜牧业环境评估与绩效（LEAP）伙伴关系于2020年发布的指南建议将维生素和矿物质预混料纳入牲畜饲料LCA，并主张仅在无其他数据来源时使用替代指标。许多矿物质的提取、加工和运输的LCA信息已经可得，例如锌是表1所列所有养殖物种的营养需求，但没有任何常用替代指标能代表锌，且即使饲料LCA在补充剂清单中纳入锌，也未量化其影响。全球采矿足迹的测绘工作为量化区域土地利用、水资源和生物多样性影响提供了机会。研究人员建议，生命周期清单数据库（如EcoInvent）至少应纳入与实际矿物质输入更相似的替代指标。理想情况下，行业和研究人员需要更好地获取矿物质补充剂成分及其来源信息，建立全面、定期更新的矿物质补充剂环境影响数据库将有助于解决这一问题。如果无法做到，矿物质补充剂供应商应提供其产品的环境压力数据，这可以在不泄露具体配方的前提下实现。饲料制造商、矿物质供应商和研究人员之间更好的合作将有助于提高饲料LCA的分辨率。

研究结论指出，尽管矿物质补充剂在养殖动物饲料中普遍存在，但其影响在生命周期评价中表征不足——64%的情况下被完全排除，即使纳入也常使用替代指标。养殖鱼类和甲壳类的LCA分辨率尤其低，95%的研究完全省略了饲料中的矿物质补充剂组分。虽然由于获取矿物质来源数据的困难可以理解这一现状，但使用碳酸钙等替代指标会错误估算矿物质补充剂的影响。因此，研究人员强烈主张矿物质补充剂必须被具体、直接地纳入LCA，以准确评估养殖动物饲料影响的性质和位置。矿物质补充剂和/或动物饲料公司有责任向LCA实施者提供这些信息，这些公司可以提供预混合矿物质补充剂的信息，且无需通过披露具体配方而损害其知识产权。