水产品贸易对土地利用、碳排放和生物多样性的影响*

李壮壮 ,刘 玲 ,马 林 ,柏兆海**

(1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050022;2.中国科学院大学 北京 100049)

水产品是优质蛋白的重要来源,为人类的膳食营养和健康提供了重要保障[1]。自1961 年以来,全球水产品消费总量和人均消费量均大幅增加[2],其增长速度高于其他动物源食品[3]。1961-2019 年全球水产品消费量由9.0 kg·cap-1·a-1增长到20.5 kg·cap-1·a-1,预计到2030 年将增加到21.4 kg·cap-1·a-1[4-5]。水产品消费量的增长推动了水产养殖量和捕捞量的大幅增加[6]。相比于1961 年,2019 年全球水产品产量增长118 Mt,约增长58 倍,且水产养殖占据了主导地位[7]。水产养殖的快速增加对全球可持续发展目标1 (SDG 1: 无贫穷)和目标2 (SDG 2: 零饥饿)的实现发挥了重要作用[8-9]。然而,水产养殖依赖谷物饲料和鱼粉的投入,不仅需占用大量耕地资源,而且需要捕捞大量低价值的饲料鱼类,对陆地和海洋生境的保护造成较大压力[10]。此外,未被利用的饲料和粪便被水生动物和微生物转化为CO2、N2O 和CH4等温室气体排放到大气中引起气候变化,同时造成了水体富营养化等问题[11-12]。因此,水产养殖的快速增加可能会对可持续发展目标6 (SDG 6: 清洁饮水和卫生设施)、目标13 (SDG 13: 气候行动)和目标14 (SDG 14: 水下生物)造成不利影响。

国际贸易将跨地区的水产品生产和消费联系起来,促进了水产品消费量的快速增加。过去几十年,自由贸易促进了农产品跨国交易量的增长,使复杂的水产品贸易网络凭借不断加快的货运速度在更大空间尺度上延伸[13]。目前,37%水产品用于国际贸易而非本地消费,且其贸易价值已经超过了糖、玉米、咖啡等的贸易价值总和[14]。在所有水产品贸易中,养殖水产品的占比越来越大,约占2020 年全球水产品贸易总额的1/3[15]。水产品生产和消费的空间分离意味着人们所消费的水产品需要占用产地的水和耕地资源,并导致产地的温室气体排放和水质恶化等问题。虽然水产品贸易对全球蛋白供给和粮食安全有重要贡献,但是我们仍需权衡利弊,考虑在世界范围内如何发展渔业及调整渔业贸易结构,以减轻渔业发展的资源环境代价。

有关水产品贸易的研究由日本东京帝国大学教授清光照夫和东京水产大学教授岩奇寿男在《水产经济学》(1986 年)中最早提出,他们系统论述了日本水产品对外贸易结构、市场机制和贸易伙伴国的状况,分析了日本渔业的水产品生产函数、需求弹性变化趋势[16]。现有的研究重点集中在两个方面:1)将水产品生产系统和农业生产系统耦合为一个整体系统,分析其产品贸易对资源和环境的影响。黄季焜等[17]利用CAPSiM 模型选用12 种农作物产品和7 种水畜产品,分析出自由贸易化对中国农业的总体影响利大于弊,但对农业面源污染有一些微小的负面影响;之后,黄季焜等[18]利用情景分析法构建两个政策情景,结果表明农产品贸易(包括水产品)中隐含的虚拟水和土地资源净进口为中国节约大量水和土地资源。2)水产品替代其他食物消费对资源环境代价的影响。Davis 等[19]研究发现向水产品和素食饮食转变将会减少食物生产和消费过程的资源消耗和环境污染,但Brunner 等[20]研究发现如果转向以水产品为主的膳食结构,将会加速鱼类资源的枯竭并影响海洋生态系统的健康。然而,对水产品单一部门贸易导致的虚拟资源环境影响方面的系统研究还较缺乏。

基于此,本文利用环境足迹和全生命周期相结合的方法[7],通过文献收集,综述了水产品贸易的格局变化,重点分析水产品贸易对土地利用、碳排放和生物多样性的潜在影响(图1),以期为世界水产品可持续性生产和贸易提供科学依据。

图1 水产品贸易的资源环境代价研究边界Fig.1 System boundary of the resources use and environmental impacts of aquatic product trade

1 水产品贸易格局变化

近几十年来,世界水产品贸易量不断增加,经历了初始发展、高速发展和平稳发展3 个阶段,水产品贸易品种和主要进出口国也发生了显著变化:1)海洋底栖鱼类、远洋低价值鱼类、水产养殖鱼类的贸易量增加,且贸易品种逐渐丰富多样;2)进出口国家由欧洲国家扩大至全球范围,并且发展中国家在贸易中占有越来越重要的地位。本文还依据联合国粮食及农业组织(FAO)贸易数据,分析了水产品贸易量、贸易品种和主要进出口国家在不同阶段的具体特征。

1.1 水产品贸易量变化

水产贸易的发展经历了不同阶段。1)初始发展阶段(-1975 年)。几千年来水产品一直是贸易商品,由于水产品易腐烂的性质,至20 世纪70 年代中期,仅20%的捕捞产品进入国际贸易[21],且多是短距离的区域内贸易,例如葡萄牙等欧洲西南部国家间的贸易。2)高速发展阶段(1976-2007 年)。沿海国家陆续划定200 海里的专属经济区至2008 年全球经济危机发生之前,水产品贸易处于高速发展阶段,此阶段的年均增长率为4.6%,比其他阶段高近一倍。2007 年全球出口水产品量达18.4 Mt,较1976 年增加1.3 倍[22]。这是由于专属经济区设立,削减了日本和西班牙等传统远洋捕鱼船队的捕捞量,只能通过增加进口满足国内消费需求;此外,国际运输、物流技术进步和运输成本下降等因素扩大了运输距离,长距离跨洲运输的兴起也驱动了水产品贸易的高速发展[23]。3)平稳发展阶段(2008 年至今),该阶段年增长率仅为2%,为高速发展阶段的68% (图2)。水产养殖出口大国养殖增速放缓,加之国内消费需求增加,导致水产品出口增速放缓,如中国。此外,受新冠疫情暴发和国际贸易争端等因素影响,增加了水产养殖产品的运费成本和关税,并将导致2019-2030 年水产品出口量年均增长率下降至1%[3]。虽然水产品贸易量趋于平稳,但自1976 年以来,水产品贸易增长速度快于水产品总生产量[22,24],至2021 年其折合蛋白的贸易量分别是牛肉、猪肉和禽肉的3.6 倍、5.0 倍和8.0 倍[25]。

图2 1960s—2020s 世界水产品出口变化情况 (以水产品净重计)Fig.2 Changes of the world export of aquatic product (net aquatic product weight)

1.2 水产品贸易品种变化

随着发展阶段变化,水产品贸易中捕捞品种生存区域由近海扩展至远洋。在贸易初始发展阶段(-1975 年),受限于捕捞设备,沙丁鱼等近海鱼类和鳕鱼、比目鱼等底栖鱼类是主要的贸易品种。在水产品贸易高速发展阶段(1976-2007 年),随着发展中国家海洋捕捞渔业兴起、发达国家加大对远洋渔业技术的投入[26],水产品贸易中捕捞品种逐步增多。该时期主要包括两类捕捞品种,一类是供人食用的龙虾、鱿鱼等高值品种;一类是作为鱼粉供水产和畜禽养殖用的生长周期短、低值的无脊椎动物和浮游远洋鱼类[27]。贸易进入平稳发展阶段后,受消费者饮食偏好的影响,高值和相对低值的贸易品种均有增加,如高值的三文鱼、对虾等,低值的如小型海洋中上层品种等[28]。

从水产贸易的养殖品种来看,养殖品种在贸易中的占比从高速发展时期的20%增长至稳定发展期的25%[3,28]。水产贸易的养殖品种主要为三文鱼、鳟鱼、对虾类、罗非鱼和鳗鱼等,这与养殖技术和市场需求量有关[29-30]。如三文鱼、鳟鱼、对虾类适合大规模养殖,罗非鱼和鳗鱼受市场欢迎程度高。

1.3 水产品主要进出口国变化

水产品贸易正由区域性向全球化转变,但仍以区域内贸易为主。在贸易初始阶段(-1975 年),主要在发达国家间开展水产品贸易。出口国家主要集中在意大利、西班牙和葡萄牙等欧洲南部地区。随着世界各国储藏和物流技术的改善,水产品贸易范围逐渐扩大至全球。20 世纪50 年代,日本、美国、挪威、前苏联、英国、加拿大、西班牙等发达国家贡献了全球35%～40%的捕捞产量,因此发达国家逐步进入水产品国际贸易体系[31]。在高速和平稳发展阶段(1976 年至今),参与水产品贸易的国家数量由1996 年的195 个[31]增加至2020 年225 个[5],发达国家和发展中国家的海洋渔业出口量占世界海洋渔业出口总量的97%以上(图2)。然而,78%的水产品出口量发生在发达国家间[30]。例如,欧盟国家的84%水产品是用于欧盟国家间进出口,而美国和加拿大约43%的出口量和21%的进口量也发生在两国之间[32]。

水产品贸易主要由发展中国家出口到发达国家。高速发展阶段(1976-2007 年),水产养殖量增长和贸易自由化使得发展中国家在水产品贸易中的份额增加。发展中国家出口量由1976 年仅占世界贸易的38%,增长至2018 年的60%[3],且2/3 出口到发达国家[33]。造成这一变化的原因有以下几方面: 1)欧盟、美国和日本等发达国家高度依靠水产品进口以满足国内消费。2)发展中国家依赖出口提高收入和就业,减少贫困[14]。3)拥有大规模渔场的南美洲国家渔业资源丰富,其产量增加超出国内消费需求,因此需要大量出口。

水产品贸易的另一个特征是从膳食摄入水平低的国家向膳食摄入水平高的国家出口。Swartz 等[34]认为水产品贸易剥夺了欠发达国家急需的蛋白质。在排名前40 的水产品出口国中,营养不良的发展中国家及最不发达国家占据了1/4,如孟加拉国、印度、厄瓜多尔等[35]。Smith 等[10]对比了大型水产品净出口国(中国、印度尼西亚、越南、泰国等)和净进口国(欧盟、美国)的营养状况,发现净进口国的膳食营养更丰富。综上,这种贸易模式让发展中国家牺牲国内供应和营养需求而获取了经济效益。

2 水产品贸易对“土地利用-碳排放-生物多样性”的影响

水产品贸易量的增加导致了不同资源环境代价的水产品种增多并吸引了不同生产、经济和膳食水平的国家加入贸易。然而这一趋势对水产品贸易与全球环境代价转移和资源再分配的影响尚不明确。目前已有研究表明,国家之间的贸易会掩盖终端消费者对产地环境和资源的影响[35]。自Grossman 发表了有关北美自由贸易协定是否对墨西哥的环境造成影响以来,贸易-环境关系一直是全球研究的热点[36]。当前,国内外研究主要围绕水产品生产和贸易的单一环境要素和自然资源影响展开,而缺乏水产品贸易对“土地利用-碳排放-生物多样性”等多个可持续发展指标影响的研究(图3)。

图3 “水产品贸易-土地利用-碳排放-生物多样性”关联关系Fig.3 Nexus of ‘aquatic product trade-land use-greenhouse gases (GHG) emissions -biodiversity’

2.1 水产品贸易与土地利用

捕捞渔业捕获野生水生动物资源,无需土地资源的投入。然而,养殖水产依赖土地资源来生产水产品,对土地利用的影响较大。近年来,养殖产品,尤其是资源环境代价较大品种的贸易量增加正在扩大对土地利用的影响。与其生产相关的土地利用包括土地类型变化和土地利用变化。当前较为常见的水产养殖导致的土地类型变化为稻田转变成池塘。中国粗放型和半集约型池塘贡献了水产养殖总量的70%,大约占地3.4 万km2,而其中51%的淡水养殖池塘由稻田转化而来[37]。这种转换稻田为养殖池塘的土地利用类型在东南亚(越南和泰国)、南亚(孟加拉国和印度)也较为常见。如孟加拉国的咸水虾养殖过程中将大量耕地改造成虾池[38]。

水产养殖另一种土地利用变化体现为玉米和豆粕等鱼饲料原料生产导致的森林砍伐等。不断扩大的水产养殖除消耗更多的鱼粉之外,也消耗了大量的玉米和大豆等精饲料。孟加拉国38%的虾池使用含有豆粕的颗粒饲料[38],埃及尼罗河三角洲中94%的养殖系统使用颗粒饲料[39]。虽然水产养殖的饲料转化率更高,如生产1 kg 牛肉蛋白需要61 kg 谷物,生产1 kg 猪肉蛋白需要38 kg 谷物,而生产1 kg 鱼肉蛋白仅需要13 kg 谷物[40]。然而,考虑到水产养殖的规模,其饲料使用量不可忽视。据估算全球水产养殖消耗55～70 Mt 玉米和大豆等精饲料,约占全球所有饲料用量的4%[41]。自1976 年以来,全球养殖水产品的出口总量增加了21 倍。这些意味着,水产品贸易背后的土地利用变化在不断增加。

水产品贸易使得生产和消费在地理空间位置上分离,对土地资源的再分配有着重要的作用。在此引用“虚拟土地”概念,即隐含于商品及服务过程中需要的土地资源[42],研究发现2016 年挪威用于生产养殖鲑鱼饲料的总土地面积4400 km2,其中2400 km2是来自巴西和加拿大等国家的“虚拟土地”。此外,约4000 km2“虚拟土地”通过鲑鱼产品出口到其他国家,如中国和波兰[1]。水产品贸易以虚拟土地的方式重新分配全球土地资源,缓解了进口国的土地资源压力,然而缺少相关的优化调控的定量分析。

2.2 水产品贸易与碳排放

水产品贸易背后的碳排放量在快速增加。捕捞渔业和水产养殖业生产以及水产品运输和加工都会产生碳排放,但碳排放模式和途径各不相同。捕捞渔业的碳排放以捕捞活动中的化石燃料燃烧产生的排放为主。据估算,全球捕捞渔业每年消耗400 亿L化石燃料,排放了179 Mt 温室气体,其中66 Mt 温室气体的排放用于出口贸易[43]。水产养殖业的碳排放主要来自其生产过程[44]。全球水产养殖在饲料生产和运输、池塘肥料生产、农场能源使用和水生系统养殖等环节共排放了约261 Mt 温室气体,其中约97 Mt 温室气体排放用于出口。此外,国家尺度的案例表明,使用商业饲料进行大规模工业水产养殖的挪威,每年造成5.4 Mt 温室气体排放[45],出口的水产品排放了约3.6 Mt 温室气体。贸易运输过程会导致一定量温室气体排放。水产品运输过程中温室气体排放的影响因素包括运输方式、交通工具大小、速度、负载能力、运输时间和冷藏需求,其排放量占总量的25%左右[46]。空运新鲜水产品是运输中的主要排放源[43],在一个将新鲜鲑鱼从挪威空运到东京的案例中,运输过程中的温室气体排放占总排放量比例高达78%[46]。

水产品贸易隐含的碳排放中由土地利用变化造成的部分同样不可忽视。水产养殖造成的土地利用变化导致的碳排放包括: 1)养殖面积扩增导致土地利用类型变化而增加的碳排放。例如贸易中蟹产品的养殖,由稻田转向蟹池使得全球变暖潜力增加20 t CO2-eq·hm-2[37]。2)水产饲料需求增加导致的森林砍伐等土地利用变化而增加的碳排放。农业贸易流动中土地利用的变化在粮食系统中贡献了10%的温室气体[47],水产品贡献了约1%。目前,水产品贸易中捕捞渔业和水产养殖业在不同环节产生碳排放的分析较为明确,可能一定程度上延缓了可持续发展目标13 (SDG 13: 气候行动)的实现,但是仍缺乏水产品贸易对其影响的定量分析。

2.3 水产品贸易与生物多样性

目前,捕捞产品已经达到生态限制,但仍为水产品贸易提供了3/4 的产品[3],这给海洋生态系统生物多样性带来了巨大压力[48]。全球60%的海洋鱼类达到可持续性捕捞的最大程度,34%被过度捕捞,只有6%鱼类捕捞量低于其种群繁殖率[49],其中由海洋鱼类制成的鱼粉和鱼油69%进入了国际贸易[50]。2000-2004 年,巴布亚新几内亚采取的出口导向型经济增长战略导致过度捕捞,从而出现大规模的恶性环境事件,鲨鱼肉每年出口量从1997 年的2000 t 下降至2004 年的1240 t,下降40%左右。捕捞渔业同时还会消耗大量副渔获物,改变海洋食物网[51]。印度尼西亚、马来西亚和菲律宾高强度捕捞和氰化物的使用损伤了活动区的珊瑚礁,造成鱼类生存环境的破坏,这在一定程度上阻碍了目标14 (SDG 14: 水下生物)的实现。

水产品贸易中养殖水产品的增加在一定程度上替代了捕捞产品,是缓解过度捕捞的有效措施[52],但也会加剧饲料鱼的过度捕捞。养殖肉食性水生动物需要投入饲料,增加对鱼粉和鱼油的需求,间接加剧对野生鱼资源过度捕捞[30]: 1986-1997 年,前5 种捕捞物种中有4 种、前20 种中有8 种被用于水产养殖和畜牧业饲料的生产[52]。水产养殖活动占用了原生动物的栖息地,产生的有机颗粒影响水生生态系统的生境。养殖品种本身携带的病原体可能会进入自然水域导致野生鱼群传播疾病,进一步破坏它们的生存条件[53]。但是,水产养殖一定程度上减少了捕捞活动。Anderson 运用模型印证水产养殖活动有利于保护野生鱼类[54]。为直接增加渔业渔获量或帮助重建枯竭的鱼类资源,人们会将养殖鱼释放到开发水域[22]。这种做法虽然缓解了捕捞活动的负面影响,但会带来生物入侵的潜在威胁,例如水产养殖在美国西海岸就是最主要的入侵途径之一[55]。

水产品贸易中养殖产品生产所需的饲料作物会影响陆地生态系统的生物多样性。小麦、玉米、大豆、油菜籽和木薯等饲料作物种植对森林砍伐和生物多样性的影响密切相关[47]。每年约2700 Mt 的小麦、玉米、大豆等作为饲料,其中38%用于水产养殖[56],约378 Mt 通过养殖产品出口到国外。贸易中不断增多的水产养殖产品正在扩大对饲料作物的需求,这一趋势在不断刺激全球耕地扩张。目前,农业扩张造成了全球近90%的森林被砍伐和50%的森林被毁坏,近90%陆生脊椎动物可能会丧失部分栖息地[57]。在亚马逊和非洲热带地区,可能有30%的物种丰富度和31%的物种丰度受此影响[58]。基于此,水产品贸易中养殖产品不断增多,可能会进一步加重对陆地生态系统生物多样性的损失,然而目前仍缺少相关的定量分析。

2.4 水产品贸易与“土地利用-碳排放-生物多样性”的权衡关系

水产品贸易与“土地利用-碳排放-生物多样性”存在权衡关系(图4)。水产品贸易加速了土地类型变化和土地利用变化,增加了碳排放并损害了陆地和水生系统的生物多样性。然而在全球范围内,由畜产品消费转向水产品消费的现象虽然增加了水产品贸易,但是这一趋势降低了对“土地利用-碳排放-生物多样性”的影响,减弱了土地利用和碳排放的协调关系[59]以及土地利用与生物多样性和碳排放与生物多样性的权衡关系[44,60-61]。虽然水产品不同生产方式占用资源环境代价范围较大,但较反刍动物要小。例如,生产1 g 水产蛋白排放10～30 g CO2-Ceq,利用0.02～0.04 m2土地,生产1 g 反刍动物蛋白排放60 g CO2-Ceq和利用1.6 m2土地,前者较后者减少50%的碳排放和39 倍的土地利用[62]。在消费需求上,增加水产品的消费以替代高资源投入和高环境代价的畜产品会促进如土地利用和碳排放等指标的降低[19]。在鱼类和素食主义饮食模式下,水产品替代反刍动物消费将会减少45%的碳排放和540 Mhm2耕地利用[52]。在进口国中,例如英国的重度肉食主义者每天排放7.19 kg CO2-eq,用水产品代替畜产品消费每人每天将会减排3.28 kg CO2-eq[63]。综上所述,目前的研究对水产品替代畜产品消费以减少资源环境代价的结论相对一致,但水产品贸易对多部门“土地利用-碳排放-生物多样性”权衡关系的定量研究还较缺乏。

3 启示

3.1 水产品优化建议

基于上述分析,世界水产品贸易格局变化特征是: 1)贸易量不断增加;2)贸易品种不断丰富;3)贸易范围不断扩大。这些特征为分析水产品贸易对 “土地利用-碳排放-生物多样性”影响提供理论依据。基于此,本研究从需求、贸易和生产端3 个角度为全球资源环境代价的降低和可持续发展目标的实现提出建议和参考(图4)。

从需求及贸易端分析,饮食转变会影响全球的环境[64]。1)鼓励水产品的绿色消费。推荐消费者食用相对低资源环境代价的水产品[65],例如多食用对环境影响最小的养殖双壳类动物和海藻[66]。2)建议高消费进口国减少过量消费。美国每天人均消费51.8 g水产品[59],是美国居民膳食指南推荐摄入量32 g 的1.6 倍,过量消费的19.8 g 应予以避免。3)进口国实现水产品自给自足,减少运输导致的温室气体排放。

从生产端分析,优化养殖生产以减少对资源环境代价的影响[11]。1)调整养殖结构。水产养殖结构应该逐步从传统粗放型向半集约化和集约化转变。2)改善养殖技术。在土地利用方面,学习美国的循环水养殖技术提高单位土地生产力;在碳排放方面,学习中国的微孔增氧技术降低碳排放。3)优化产业链条。在上游,创新育苗和饲料生产技术,研发环境友好型的水产添加剂和药品。在中游,改善养殖管理并提高养殖技术。在下游,打通加工和销售渠道减少损失浪费。4)发展深海养殖,减少对耕地需求。

3.2 结论及未来研究方向

综上所述,本文利用环境足迹和全生命周期相结合的方法,通过文献总结发现,水产品贸易与土地利用和碳排放是协同关系,与生物多样性是权衡关系。在整个食物系统中,贸易水产品替代传统畜产品消费将会与“土地利用-碳排放-生物多样性”产生权衡关系,但目前关于“贸易水产品-土地利用-碳排放-生物多样性”研究仍缺乏定量分析。在未来的研究中,应将水产品生产和贸易相结合,加强理论定量研究和优化调控研究。例如,在理论研究上,加强测定与获取水产品生产资源环境代价数据,为未来水产品“生产-贸易-环境”模型的构建提供数据支撑;在未来水产养殖措施上,利用虫蛋白、微生物蛋白等新型蛋白饲料替代鱼粉,促进水产系统的生产可持续化,为水产品“生产-贸易-环境”系统提供最佳推荐模式。