粮食损失和浪费对温室气体(GHG)排放的影响

粮食损失和浪费(FLW)以及温室气体(GHG)排放发生在全球粮食供应链的每个阶段，从农业开始，到消费者结束。一般来说，食品供应链包括四个主要阶段:初级生产、分销和加工、零售和消费。初级生产(农业)，是用于生产食品的原材料的初始生产。分销和加工包括食品的包装、处理和收获后的运输。零售阶段包括食品杂货店、餐馆和其他食品零售商的食品分销。消费是食品供应链的最后一个阶段，在这个阶段人们最终吃到食物。虽然从农场到厨房的食品供应链可以概括为这四个步骤，但在这个食品循环中还有许多其他的子过程。

美国的食品循环是动态和复杂的，有许多产生FLW的点。在食品供应链的第一个农业步骤中，农业投入品以及进口的原食品和材料被用于生产农产品。这些产品包括农作物、家禽、牲畜和渔业。进口和出口食品在不同的环节进入和离开食品供应链，包括作为原料、原材料和成品。进口和生产的食品分布在各个零售网点，如杂货店和餐馆。食品供应链每增加一层，就有可能增加FLW。

图3:上游流流到下游流流[3]的食物损失说明

在美国食品供应链以及全球食品供应链中，初级生产的上游操作在供应链的四个阶段中占了最大的流量。生产和收获后处理约占FLW的54%。剩余46%的损失发生在加工、分销和消费过程中。在上游过程中，许多作物都是未收获的。这种FLW的发生是由于害虫、疾病、天气和未能达到质量标准[11]。在农业生产过程中，由于食品加工过程中的损坏、降解或残渣[12]，也会发生FLW。在零售商店和餐馆，当食物过期或接近保质期时，当食物被碰伤或有瑕疵时，或者当食物没有被购买时，就会发生FLW。FLW发生在食品供应链中运输、处理和储存的各个环节之间，原因是运输过程中制冷不足等操作缺陷[13]。消费者家庭和餐馆中的FLW源于过度购买、消费者偏好、过度准备和食物退化[14,15]。
城市固体废物(MSW)包括机构、商业和住宅废物，包括食品供应链中杂货店/零售、家庭准备和食品服务阶段的废物[17]。2015年，3970万吨食品最终变成了生活垃圾，占美国当年产生的生活垃圾总量的15.1%。在3970万吨生活垃圾中，210万吨被制成堆肥，740万吨用于燃烧产生能量，3030万吨最终被填埋。

FLW产生的温室气体排放

FLW的生产和处理导致大量温室气体排放。温室气体捕获了地球释放到太空的大量能量，导致地球大气中的热量被保留。虽然温室气体自然存在于大气中，但人类活动已使大气中温室气体的数量急剧增加到不可持续的水平。人类活动导致的大气温室气体浓度的增加是过去115年全球空气表面温度上升1摄氏度的主要原因。虽然这似乎是微不足道的温度升高，但这种气候变化对全球自然系统有着巨大的影响。全球变暖提高了土地、水和空气的温度，造成了降水数量和时间的变化，减少了积雪，导致海平面上升，并导致野火和飓风增加。美国从农场到厨房的食品供应链的各个环节都产生了温室气体排放。产生的温室气体的数量和排放的温室气体的类型因供应链的每个阶段和每个过程而异。
初级生产是食品供应链中温室气体排放最多的阶段。农业生产的温室气体排放量远远大于交通运输。在研究初级生产和国际运输的温室气体排放时，估计国际运输仅占总排放量的3%左右。先前的研究得出结论，与食品供应链的其他三个阶段相比，初级生产产生的温室气体排放量最大。初级生产占食品供应链温室气体排放总量的48%左右(图4)。这些排放来自构成初级生产的众多过程。例如，一氧化二氮通过粪便管理和氮肥释放到大气中。二氧化碳是由土壤处理实践排放的，例如减少土壤碳吸收导致释放额外的二氧化碳到空气中。在反刍动物(如牛、山羊和绵羊)消化过程中发生的肠道发酵会释放大量甲烷。甲烷是一种非常强效的温室气体，其全球变暖潜能值约为二氧化碳的25倍。农业设备使用的能源也会导致粮食生产过程中的温室气体排放。
化肥生产也会导致温室气体排放。许多肥料含有需要大量能量才能制造的化学物质，如氨[2]。制造化肥所需的能量通常来自燃烧化石燃料，如煤和天然气(甲烷)，这导致二氧化碳的排放。氨的制造占全球二氧化碳排放量的1%到2%。此外，作物平均只吸收肥料所提供氮的一半左右。剩余的氮未被使用，导致水道径流，或被土壤中的微生物分解。这些过程会释放一氧化二氮，这是一种温室气体，每磅热量比二氧化碳强300倍。尽管一氧化二氮只占全球温室气体排放的一小部分，但它仍在增加食品供应链中产生的温室气体排放。
FLW的一个主要后果是浪费了用于生产被浪费的食物的资源，如水、肥料和能源。这些资源的生产和运输会导致温室气体排放。整个食品供应链中食品的生产、处理和运输都会产生温室气体排放。任何最终成为FLW的食物都会导致不必要的温室气体排放。美国FLW每年产生1.7亿吨二氧化碳当量的温室气体排放，不包括填埋排放，相当于42座燃煤发电厂。在美国生产的所有食物中，大约有三分之一从未被食用，这导致了食物的浪费，以及用于生产这些未食用食物的资源的浪费。FLW通过温室气体排放对环境造成重大损害。据估计，在美国，从初级生产到消费的食品供应链的所有阶段，每年约有161至3350亿磅的食物损失或浪费。这一数量的食物约占美国食物供应的35%。这相当于每人每年492到1032磅的食物。 Around half of this FLW occurs during the consumption phase of the food supply chain.
动物产品，特别是奶牛衍生产品，已被证明构成了源自FLW的大部分温室气体排放。被认为是动物产品的食物有牛肉、羊肉、小牛肉、猪肉、家禽、鸡蛋、鱼、海鲜、牛奶和其他乳制品。动物产品产生了一半以上用于粮食生产的能源和土地，以及一半以上的FLW排放的温室气体。这些产品也使用了大量的肥料和水用于灌溉。研究发现，与牛肉、小牛肉和羊肉相关的食品类别在食品供应链的零售和消费阶段产生的温室气体排放量最大，其次是猪肉和乳制品(液态奶除外)。所有动物产品加起来导致73%的温室气体排放来自零售和消费FLW。然而，动物产品仅占FLW的33%(按重量计算)和23%(按卡路里计算)。研究还发现，从农场到厨房的温室气体排放中，牛肉占44%。所有反刍动物FLW(牛肉和乳制品FLW)占FLW温室气体排放的60%。尽管按重量计算，水果和蔬菜在FLW中所占的比例比肉类、家禽和蛋类大得多，但与动物相关的产品在温室气体排放中所占的比例仍然更高。 This illustrates the potent impact that animal-related FLW have on GHG emissions.

美国与航班相关的温室气体排放

大量的FLW是美国食品系统的固有结果，这是由于食品生产过度过剩和FLW再利用管理不善造成的。根据美国农业部的数据，美国人消费的食物量远远低于生产的消费食物量。各种研究检查了食品供应链各个阶段与FLW相关的温室气体排放。下图显示了以往关于温室气体排放与食品供应链各阶段之间相关性的研究结果(见图6)。
美国目前创造了更多的FLW，人均FLW比其他任何国家都多。正因为如此，与世界上其他国家相比，美国的食品系统是人为温室气体排放的重要贡献者。美国生产的动物食品废物和下游食品也高于全球平均水平[20]。因此，美国每单位FLW对环境的影响都大于其他国家。2017年，美国在食品供应链的所有四个阶段的人均温室气体排放量为686公斤二氧化碳当量/人/年。2017年，食品供应链四个阶段的全球人均温室气体排放平均值为331千克二氧化碳当量/人/年。2020年，美国供应链消费阶段的人均甲烷和一氧化二氮[20]为167 kg CO2e/人/年。2020年，食品供应链消费阶段的年人均甲烷和一氧化二氮的全球平均水平为45公斤二氧化碳当量/人/年。
2020年，美国被发现是世界上第三大与flw相关的温室气体排放国，每年排放2.22亿公吨二氧化碳当量。中国和印度是唯一在与flw相关的温室气体排放方面超过美国的国家。在与flw相关的10大温室气体排放国家中，美国是唯一的发达国家。这十大与flw相关的温室气体排放国家，按排放量递减顺序依次是中国、印度、美国、印度尼西亚、巴西、尼日利亚、俄罗斯、巴基斯坦、墨西哥和马来西亚[1]。这些国家约占全球FLW和FLW相关温室气体排放的60%。

如何将与flw相关的温室气体排放降至最低?

减少氟化废水产生的温室气体排放的一项有效策略是减少食品循环消费阶段产生的氟化废水的数量。尽管为了使全球粮食系统更具可持续性，需要采取许多步骤，但将FLW减半将在最大限度减少温室气体排放方面发挥重要和必不可少的作用。将美国的FLW减半，每年将节省9200万吨二氧化碳当量温室气体，相当于23座燃煤发电厂的二氧化碳排放量。目前的科学预测表明，将全球FLW减半可导致2020年至2100年全球粮食系统温室气体排放总量减少24%。与当前全球粮食体系FLW[1]产生的温室气体排放量相比，这将减少331亿吨二氧化碳当量。为了实现这一水平的温室气体减排，应优先减少消费阶段的FLW。能源使用和温室气体排放发生在供应链的每个阶段。这意味着，随着食品沿着供应链向下游移动，累计能源消耗和温室气体排放也在增加。因此，减少食品供应链最后阶段(即消费阶段)产生的FLW数量，将对减少温室气体排放产生最大影响。研究表明，与其他部门相比，家庭、餐馆和食品加工在消费阶段的FLW减半将产生大量的预期环境效益。 Thus, it is crucial to reduce FLW in the consumption phase, especially from households, restaurants, and food processing sites.
减少与FLW相关的温室气体排放量的另一个因素是减少来自动物产品、水果和蔬菜等资源密集型食品的FLW。动物产品、水果和蔬菜的类别一直被发现是FLW对环境的负面影响的最大贡献者。由于产生甲烷，动物产品，特别是牛肉，对温室气体排放有很大的贡献。尽管动物产品只占美国FLW的不到三分之一，但它们却占了磷和氮肥使用和温室气体排放的最大份额。水果和蔬菜在美国的FLW中所占的比例高于动物产品，它们是肥料利用率的第二大份额。因此，减少动物产品、水果和蔬菜等食品类别的FLW比减少其他食品类别的FLW具有更显著的环境效益。因此，应优先减少三类食品的氟化磷。

前进

可从其他国家获得包括上面讨论的在内的各种选择和经验，以减少与flw有关的温室气体排放。虽然疟疾是一个动态问题，没有简单的解决方案，但解决这一问题需要公众和决策者采取行动。美国和许多其他国家制定了到2030年将零售和消费阶段的人均FLW减半的国家目标，这与联合国可持续发展目标12.3 [1 Fao 2020]类似。英国和日本等其他国家也取得了重大进展。自设定目标以来，英国在四年内将人均可食用FLW降低了27%。在日本，家庭FLW在四年内下降了13%，其中大部分进展都是在一年内完成的。虽然这些国家已经成功地逐步减少了FLW，但美国正在采取措施，到2030年将FLW减半。减少消费阶段产生的FLW数量，并尽量减少动物产品、水果和蔬菜产生的FLW数量，因为这些是供应链中温室气体排放的两个主要来源。
继续目前对FLW的研究是美国计划进一步减少FLW相关温室气体排放的另一个关键步骤。美国环保署目前正在开展研究项目，以获得有关美国FLW的知识。目前的一个项目是评估美国FLW从摇篮到坟墓的综合净环境足迹。环保署正在进行的另一个项目是开发环境指标，跟踪美国FLW随着时间推移的环境足迹。这些指标将能够跟踪美国生产的FLW数量，以及FLW相应的投入和随着时间的推移对环境的影响，从温室气体排放开始。环保署目前的第三个研究领域是加强美国食品系统的建模。环保署正在与美国农业部、阿贡国家实验室和康奈尔大学合作，构建一个更准确和精确的食品系统模型，其中将包括FLW的生成。诸如此类的项目对于提高FLW知识和跟踪FLW创建非常重要。从这些当前研究项目中获得的数据和预测对于最大限度地减少FLW的温室气体排放至关重要。

作者

Raj Shah博士是纽约Koehler Instrument Company的董事，在那里他已经工作了27年。他是IChemE, CMI, STLE, AIC, NLGI, INSTMC，物理研究所，能源研究所和皇家化学学会的同行选举的研究员。作为美国材料试验协会鹰奖获得者，Shah博士最近参与编辑了畅销书“燃料和润滑油手册”，详细信息可在美国材料试验协会期待已久的燃料和润滑油手册第二版(https://bit.ly/3u2e6GY)中获得。
Shah博士拥有宾夕法尼亚州立大学化学工程博士学位和伦敦特许管理学院的研究员，他也是英国科学委员会的特许科学家，能源研究所的特许石油工程师和工程委员会的特许工程师。Shah博士最近被Tau beta Pi(美国最大的工程学会)授予“杰出工程师”荣誉。他是Farmingdale大学(机械技术)、奥本大学(摩擦学)和石溪大学(化学工程/材料科学与工程)的顾问委员会成员。
他是纽约州立大学石溪分校材料科学与化学工程系的兼职教授，发表了470多篇论文，在替代能源领域活跃了30多年。更多关于Raj的信息可以在https://bit.ly/3QvfaLX上找到
Aaliyah Kaushal女士是石溪大学(Stony Brook University)化学和分子工程专业的学生，Shah博士是该大学外部顾问委员会的成员。
她也是纽约霍茨维尔科勒仪器公司日益增长的实习计划的一部分。
我们还要感谢B. K. Sharma博士对本文的审阅和他的评论。

引用:

1.从农场到厨房:美国食物浪费对环境的影响- EPA 2021 FLW报告
2.Erisman, Jan Willem等人著，《一个世纪的氨合成如何改变了世界》。《自然地球科学》第1卷第1期10, 2008年10月，pp. 636-39, doi:10.1038/ngeo325。
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