牛肉用水量的细节

作者:Brian Tomasik

首次发布:2017年3月19日。最后重大更新:2017年3月19日。

摘要

关于生产一公斤牛肉需要多少淡水的问题存在激烈争论。这些统计数据被广泛引用,但很少有人解释这些数字的含义或我们应该在多大程度上关心它们。争论的很大一部分涉及争论定义,以及未能清楚区分所谓的蓝水、绿水和灰水。此外,即使我们只关注蓝水,不同地区的蓝水使用量也存在巨大差异。在干旱的美国西部各州,牛肉的蓝水足迹确实相当高。

附注:我可能反对使用蓝水灌溉牧场和饲料作物田,因为灌溉可能会增加植物的总生长量,从而可能创造比原本存在的更大的无脊椎动物种群。出于这个原因,从野生动物痛苦的角度来看,在干燥地区生产的牛肉可能比在较湿润地区生产的牛肉更糟糕或不那么好。

目录

引言

博霍石灰岩牧场上的红牛2014年的纪录片《牛的阴谋》以讨论牛肉生产中的用水量开始。在影片大约6分30秒处,旁白Kip Andersen说:

我发现生产一个四分之一磅的汉堡需要超过660加仑的水。我一直在洗短暂的淋浴以试图节水,却发现仅仅吃一个汉堡就相当于洗了整整两个月的淋浴。

我对这个比较有一个问题是,环保主义者应该关心淋浴的主要原因不是用水量,而是加热水所需的能源。一个更好的比较应该是与冲厕所或其他使用未加热水的用途进行比较。

然而,关于"660加仑"这个数字到底意味着什么还存在进一步的模糊性,我将在这篇文章中讨论这一点。

解释水足迹

为什么用水量很重要?显然,这个问题的答案取决于你的观点。例如:

因此,用水的影响取决于一个人的目标和当地背景。这让人怀疑像水足迹这样的一维指标是否合适。已经有一些对水足迹的现有批评呼应了这一观点。

我们还应该区分用水与耗水,其中"用水"指总取水量,而"耗水"指取水后不能快速回到原水源的水量,例如由于蒸发散。从减少浮游动物死亡的角度来看,用水(至少对于非热电用途)更重要,而从人类中心的水资源短缺角度来看,耗水通常更相关。

最后,我们需要区分蓝水、绿水和灰水足迹。Mekonnen和Hoekstra (2010)解释道:

蓝水足迹指的是在产品供应链中消耗蓝水资源(地表水和地下水)。[...] 绿水足迹指的是消耗绿水资源(只要不成为径流的雨水)。灰水足迹指的是污染,定义为在给定自然背景浓度和现有环境水质标准的情况下,需要多少淡水来同化污染物负荷。

简单来说,蓝水是人类取用的水,而绿水是自然落在一个区域并被植物利用的雨水。

水足迹缺乏背景

Frontier Economics (2008)批评"虚拟水"(即水足迹)指标,因为除其他原因外(第i页),它"隐含地假设通过减少高用水活动而释放的水必然可用于较少用水密集的活动。"事实上(第7-8、11页):

水很重,运输成本高,因此虽然在某些情况下,根据生产模式的变化而转移水的机会很重要,但并非无限,在某些情况下甚至完全不可行。

可用于放牧农业的水通常不能用于支持其他生产系统,因为没有基础设施来捕获和运输这些水。这意味着这些水几乎没有或根本没有其他用途,或者用经济学的语言来说,这些水的机会成本很低。正如我们在下一节中讨论的那样,直接比较这种水和有多种可能用途的水是没有意义的。[...]

这种不同体积水的机会成本变化有时在一些虚拟水文献中得到承认。例如,Hoekstra和Chapagain(2007年,第46-47页)指出:

还必须意识到,总水足迹的某些部分涉及使用没有替代用途的水,而其他部分则涉及可用于其他具有更高附加值目的的水。例如,在博茨瓦纳广泛放牧的草地上生产的牛肉(使用没有替代用途的[降雨]水)和在荷兰工业化畜牧场生产的牛肉(部分使用进口的灌溉饲料作物)之间存在差异。

然而,在虚拟水估算的呈现和分析中 - 或在从这种分析得出政策结论时 - 这些重要的警告很少被放在前面。

我们应该计算绿水吗?

就我个人而言,我认为在水足迹中包括绿水是非常误导的。为什么我们要计算产生作物或牧场的雨水,而不计算养育自然生态系统的雨水?如果你想出于会计目的计算雨养植物,那很好。但将雨养植物包括在水足迹中,似乎与人类取用的蓝水同等重要,这对我来说毫无意义。这似乎是一个混淆的配方,正如我们将看到的,这一点是关于牛肉用水量争论的根源。

Mekonnen和Hoekstra (2010)承认绿水通常不那么重要(第24页):"淡水问题通常与蓝水稀缺和水污染有关,在较小程度上与绿水竞争有关"。不幸的是,当人们浅显地报告水足迹时,他们通常只报告蓝水、绿水和灰水量的总和。

Mekonnen和Hoekstra (2010)提到了计算绿水的一些理由(第19页):

在某些情况下,反刍动物食用的粗饲料是用不能另作他用于人类消费作物生产的土地和水资源生产的(例如在干旱或湿地放牧的情况下),但通常用于粗饲料供应的土地和水资源可以另作他用于人类消费的作物生长,因此反刍动物也通过消耗粗饲料与人类争夺食物。

但如果我们要计算可能用于作物种植的土地上的蒸发散,那么我们不应该也计算野生植被的绿水足迹吗?环保主义者似乎应该对自然植被使用了多少绿水感到震惊。

Perry (2014),第123-24页:

Deurer等人(2011年)和Herath等人(2011年)研究了新西兰的水足迹,比较了2009年[水足迹]手册中的程序与反映传统水文学原理的方法。在他们对猕猴桃的研究中,他们发现水足迹方法评估每盘水果的耗水量为100升,而水文分析估计每盘水果净补充地下水500升。水文方法认识到猕猴桃生产消耗的水比它所替代的自然植被少,而水足迹方法则不认识到这一点。其他作者也注意到调整基准的重要性,以便测量与替代[蒸发散]ET情景相比的耗水量变化,而不是零基准(Scanlon等人,2007年;Pfister等人,2009年)。水足迹手册中没有描述这种调整。

[...]如果树木没有在很久以前被移除以便进行农业,今天英国的大部分景观将是森林。转变为作物和畜牧生产对水文的影响是减少了原地[蒸发散]ET(绿水消耗),同时增加了径流(蓝水生产)。

一些作者建议肉类生产比谷物生产消耗更多的水。[...]这暗示肉类生产比谷物生产更耗水。仔细检查揭示了一幅更复杂的图景。由于大多数畜牧生产发生在原本可能在其自然、森林状态下消耗更多水的土地上,在这些地区扩大任何农业的下游效应可能是增加可用的径流(蓝水)。

这最后一点关于牛肉生产可能增加蓝水的观点很有趣,但我在这里不会深入讨论。在这篇文章中,我讨论了过去几十年来一直存在争议的牛肉水足迹的不同估计。

一个"支持牛肉"的水足迹估计

Beckett和Oltjen (1993)估计了美国牛肉生产的用水量。作者在脚注中提到(第818页):"部分工作得到了加利福尼亚牛肉委员会的支持。"Robbins (n.d.)提供了更多背景:

1978年,Herb Schulbach(加利福尼亚大学农业推广部土壤和水专家)与畜牧场顾问Tom Aldrich、Richard E. Johnson和Ken Mueller一起在《土壤与水》杂志(第38期,1978年秋季)上发表了关于加利福尼亚农业用水的广泛研究。他们得出结论,在加利福尼亚生产一磅牛肉平均需要5,214加仑水。

畜牧业对此深感不满。Schulbach告诉我,他们"把一个科学项目变成了政治足球"。随后,在牛肉业的要求下,加州大学戴维斯分校动物科学系的Jim Oltjen和同事们得出了一个非常不同的计算结果,声称生产一磅牛肉需要441加仑水。Jim Oltjen的工作,以及科罗拉多州立大学动物科学系Gerald Ward的类似工作,构成了全国牛肉协会一直以来用来反驳环保主义者指出现代牛肉生产涉及巨大水资源浪费论点的基础。(Jim Oltjen与该行业的认同程度可以从他在加利福尼亚大学的官方肖像中一瞥,他戴着牛仔帽。)

我同意在遇到行业资助的研究时应该谨慎的原则。但在阅读了整篇Beckett和Oltjen (1993)的论文,以及我稍后将讨论的其他数据后,我认为Beckett和Oltjen (1993)可能是迄今为止对美国牛肉用水量最好的估计。(如果你找到关于这个主题的更好研究,请告诉我。)

Beckett和Oltjen (1993)估计了牛肉的蓝水足迹,尽管他们没有使用这个术语。也就是说,他们计算了作物和牧场的灌溉用水,但不包括本来就会落下的雨水。他们估计在美国生产1公斤无骨牛肉需要3,682升水(第818页)。由于这个主题的大部分争论都在美国进行,这个数字通常表示为每磅牛肉需要441加仑水(例如这里)。

每头牛使用的水量

以下是Beckett和Oltjen (1993)(第824-25页)的两个有用表格,数字为每年:





将25,325,109百万升除以(28,397,470头肉牛 + 5,747,100头淘汰奶牛)得到每头牛742,000升,即每头牛在其一生中平均需要742,000升蓝水。

Nelson (2001) 的批评

Nelson (2001)批评了Beckett和Oltjen (1993)的441加仑/磅数字,尽管他没有明确引用或提到他们的论文:

不出所料,牛肉行业推广了一项研究,该研究使用高度可疑的计算方法确定,生产一磅牛肉只需要441加仑水。

(牛肉业的研究对实际使用的水量进行了大量扣除,理由是水在过程中的某些点蒸发了,或者在用于种植饲料植物后"返回"了水表,或者通过牛的尿液和排泄物返回了水表。因此,研究作者认为这些水不是"损失"而是"循环"的,因此可以从实际用于牛肉生产的总水量中扣除。当然,蒸发和牛粪对补充从需要数千年才能填满的含水层中抽取的水帮助不大。有趣的是,如果将同样的模糊数学应用于计算种植蔬菜需要多少水,土豆可能每磅只需要大约2加仑水。)

这段引文的第二段让我感到困惑,因为据我所知,Beckett和Oltjen (1993)根本没有讨论所谓的蒸发、尿液等扣除。据我所知,Nelson (2001)要么是误读了论文,要么可能只是听说了这个投诉而没有亲自验证。我能找到的最接近这些"大量扣除"的内容是以下内容(Beckett和Oltjen 1993,第825-26页):

该模型考虑了所有用于灌溉饲料作物和灌溉牧场的水。然后使用这个总水量来计算每个州每种作物的用水效率,任何喂给牛的饲料都被分配了该用水效率。然而,在灌溉过程中施用到作物的水有10%到20%从田地流失,回到水源如灌溉沟渠、水库或溪流(Richard Pruitt,个人通信)。这些水然后可再次供人类消费,被视为开发水。[...]考虑到灌溉牧场和饲料作物的施用水15%流失,调整后的牛肉用水需求为每公斤无骨牛肉3,151升。这比不考虑流失水时少529升(14.4%)。

但这15%的用水减少不是主要数字的一部分。相反,作者在他们的"结果和讨论"部分提到它作为一个可能应用于他们主要数字的警告。

取水与消耗

Nelson (2001)的投诉,虽然显然是错误的,但提出了一个普遍问题,即是否应该计算取水量还是消耗量(即蒸发或以其他方式从当地地区损失的水量)。Mekonnen和Hoekstra (2010)关注消耗(第9页):

蓝水足迹指的是在产品供应链中消耗蓝水资源(地表水和地下水)。"消耗"指的是从集水区可用的地表-地下水体中损失的水。当水蒸发、返回另一个集水区或海洋,或被纳入产品中时,就会发生损失。

相比之下,Beckett和Oltjen (1993)的默认数字统计的是更接近于取水量的东西,因为他们没有减去"返回水源如灌溉沟渠、水库或溪流"的水量。

在这篇文章中,我忽略了取水与消耗之间的区别,我使用"蓝水"一词来指代取水或消耗,因为我猜在灌溉(牛肉水足迹中最重要的因素)的情况下,水消耗通常是水取水的相当大的百分比。取水与消耗的区别可能不足以解释不同来源之间水足迹估计的大部分差异。

环保主义者的水足迹估计

Borgstrom (1981)

Robbins (n.d.)解释道:

我在《新美国饮食》中使用的生产一磅肉需要2,500加仑水的数字来自著名科学家Georg Borgstrom博士在1981年美国科学促进协会年会上的一个陈述,他的演讲题目是"对土地和水需求及质量的影响"。

我在网上没有找到Borgstrom的演讲,但"2500加仑"这个数字与我们稍后将看到的其他数字相似,所以我假设它是用类似的方法计算的。

Pimentel等人 (1997)

Pimentel等人 (1997)说(第100页):

生产1公斤牛肉需要大约100公斤干草-饲料和4公斤谷物(Pimentel等人1980)。生产这么多饲料和谷物需要大约100,000升水来生产大约100公斤植物生物量,再加上5400升水来生产4公斤谷物(Falkenmark 1994)。在牧场上,生产1公斤牛肉需要超过200,000升水(Thomas 1987)。

所以这里几乎所有的用水都来自于种植饲料。但除了牧场灌溉(蓝水)的情况外,这些水本来就会落下(绿水)。

Fairlie (2010)评论Pimentel等人(1997)时说(第64页):"Pimentel的计算考虑了一头肉牛可能占据的土地面积上落下的每一滴降水。"

如果我们去掉Pimentel等人(1997)的饲料用水数字,只使用生产1公斤牛肉所需谷物的5400升水,我们得到5400升/公斤 = 650加仑/磅,这与被批评的Beckett和Oltjen (1993)的441加仑/磅数字非常接近。

Mekonnen和Hoekstra (2010)

Mekonnen和Hoekstra (2010)计算了各种动物产品的蓝水、绿水和灰水足迹。他们使用的单位是每吨产品的立方米水,但这与每公斤一升水相同。表4(第25页)给出了无骨牛肉a的以下水足迹(平均不同生产系统):

地区 蓝水(升/公斤) 绿水(升/公斤) 灰水(升/公斤)
美国 525 12,933 733
全球平均 550 14,414 451

将"全球平均"数字相加得到15,415升/公斤,这与水足迹网络"产品画廊"中给出的牛肉估计值相同:"牛肉的全球平均水足迹为15400升/公斤。这主要是绿水(94%)。"15,415升/公斤 = 1847加仑/磅。

如果我们只看美国的蓝水,我们看到525升/公斤,这是63加仑/磅。这比Beckett和Oltjen (1993)的441加仑/磅数字一个数量级。怎么会这样?我是不是在哪里犯了错误?

Capper (2014)批评水足迹网络的数字(她引用为15,500升/公斤),因为

作者使用全球平均值来计算用水量,然后假设这些数值代表个别牛肉生产系统,而不考虑地区或生产力。相比之下,Beckett和Oltjen (1993)发表的关于牛肉生产中用水量的深入分析,其系统边界从饲料生产延伸到加工,报告了上述每公斤无骨牛肉3,682升的用水量数字。

实际上,Mekonnen和Hoekstra (2010)并非只"使用全球平均值"是不正确的。b事实上,Mekonnen和Hoekstra (2010)解释道(第8页):"我们根据饲料转化效率的估计和动物产品年产量的统计数据,估算了每个动物类别、每个生产系统和每个国家消耗的饲料量。"正如你在上表中看到的,Mekonnen和Hoekstra (2010)对美国的水足迹与全球平均值非常相似,而他们的蓝水足迹神秘地比Beckett和Oltjen (1993)的数字低得多。

Mekonnen和Hoekstra (2010)提到(第36-37页)一些其他对全球放牧绿水+蓝水足迹总量的估计。这些估计中有三个比Mekonnen和Hoekstra (2010)自己的估计大约高一个数量级。为什么?"与本研究不同,这三项研究中的估计值指的是放牧土地的总蒸发散量,而不是与实际消耗的草相关的蒸发量"(第36页)。

最后,Mekonnen和Hoekstra (2010)承认蓝水通常比绿水更重要(第39页):

从放牧系统获得的动物产品的总水足迹通常比从工业系统生产的更大,因为绿水足迹组成部分更大。动物产品的蓝水灰水足迹在工业系统中最大(鸡肉产品除外)。从淡水的角度来看,因此应该优先选择放牧系统的动物产品而不是工业系统的产品[.]

《牛的阴谋》

这个页面提供了《牛的阴谋》中的统计数据和它们的来源的有用集合。

对于"一个汉堡需要660加仑水来生产"这一说法,我们找到了这些引用:

对于"生产1磅牛肉需要2,500加仑水"这一说法,我们找到了这些引用:

最后,我们有这个说法:"动物农业每年使用34-76万亿加仑水。"《牛的阴谋》页面描述了34万亿这个数字是如何得出的。这种方法对我来说似乎相当合理,但很难与其他数字进行比较,因为它是针对所有动物农业,而不仅仅是牛肉。不过,我还是会稍微玩弄一下这个数字。Beckett和Oltjen (1993)报告(在他们的表17中,见上文)肉牛每年生产5,873,301,157公斤无骨牛肉 + 淘汰奶牛1,004,135,490公斤无骨牛肉 = 6,877,436,647公斤 = 150亿磅。所以(34万亿加仑)/(150亿磅)= 2200加仑/磅无骨牛肉,这与广泛引用的2500加仑/磅非常相似。然而,这个数字太高了,因为它计算了所有动物农业的用水量。也许实际数字要小几倍,考虑到非牛肉动物产品需要的蓝水量与牛肉大致相当(见下面的"比较牛肉与其他动物产品"部分)。

争论定义

正如我们上面看到的,牛肉水足迹估计在很大程度上取决于是否除了蓝水之外还计算绿水(有时还有灰水)。这个基本点通常在辩论中被忽略,尽管有几个来源提到了它:

地区差异

虽然人们通常关注Beckett和Oltjen (1993)的全国平均用水量数字,但该论文显示了美国不同地区的用水量存在一些有趣的差异。例如,表4(第820页)显示,苜蓿干草的全国平均用水量为257.1升/公斤。但对于加利福尼亚、亚利桑那和内华达州,这个平均值是全国平均值的三倍多,为893.1升/公斤,98.0%的苜蓿面积都进行了灌溉。同时,更东部各州(密苏里、爱荷华、明尼苏达、威斯康星、伊利诺伊、密歇根、印第安纳、俄亥俄、纽约、宾夕法尼亚)的苜蓿灌溉用水量仅为1.9升/公斤,因为这些州只有0.5%的土地进行了灌溉。也许这些差异有点太极端,不能照字面意思理解,但蓝水使用量因地点而大不相同的总体趋势似乎是合理的。

类似的观点也适用于其他作物和牧场数字。例如,表6(第821页)显示谷子的全国平均用水量为118.4升/公斤,但对于加利福尼亚、亚利桑那和内华达州,这个数字是1,645.4升/公斤。因此,在某些美国西部州饲养牛可能每公斤牛肉使用的水量是全国平均水平的几倍。这可能是牛肉用水量数字之间变化的第二个来源。

Robbins (n.d.)也提到了同样的观点:"当然,在国家不同地方生产的牛肉会使用不同数量的水。在东南部生产的牛肉使用的水要少得多,因为由于生长季节有更多的雨水,你不需要那么多灌溉。另一方面,亚利桑那和科罗拉多的牛肉甚至比加利福尼亚的牛肉用水更多。"

Oppenlander (2013)估计(第94-95页)在加利福尼亚,一头完全草饲的牛每磅牛肉需要4,210加仑蓝水,使用了一种我认为不完全不合理的计算方法。这是因为加利福尼亚的牧场可能需要如此多的灌溉。

Lustgarten和Sadasivam (2015)引用"美国地质调查局西部水项目前经理"John Bredehoeft的话说,"[美国]西部一半的用水是用来养牛的"。

我这篇文章的重点不是说牛肉生产普遍需要的水比环保主义者声称的少。相反,我的观点是背景很重要,在加利福尼亚某些地方是真的并不一定在其他地方也是真的。

比较牛肉与其他动物产品

虽然通常认为牛肉是"大水足迹之王",但当我们专注于蓝水而不是也计算绿水时,这就不那么正确了。特别是,以下是我从Mekonnen和Hoekstra (2010)的表4(第25页)收集的数字,重点是美国所有生产系统的加权平均值:

动物产品 美国的蓝水足迹(升/公斤)
皮革(牛) 658
猪肉 645
牛肉 525
羊肉 315
奶酪 310
鸡肉 187
鸡蛋 130
牛奶 60

我包括这个表格只是为了给这个讨论添加背景。我不建议消费这个列表中较低的动物产品。例如,鸡肉和鸡蛋每公斤可能造成比牛肉多得多的农场动物痛苦(Tomasik 2007)。

我为什么写这篇文章?

我对这篇文章的研究始于我好奇牛肉生产使用的水杀死了多少浮游动物,所以我想要一个准确的牛肉用水量估计。我继续深入探讨这个问题,既是为了检查我最初的印象,也是因为我对创造和传播有些误导性的水足迹统计数据感到恼火。

我通常反对动物农业,我也不接受任何行业资助。但我确实认为对这些话题的讨论应该诚实和透明。

进一步阅读

我没有读过以下任何来源。以下内容来自Mekonnen和Hoekstra (2010),第8页:

联合国粮农组织的一项研究量化了全球用于饲料生产、动物饮水和服务的蓝水使用量(Steinfeld等人,2006)。De Fraiture等人(2007)估计了全球用于动物饲料生产的水使用量,包括绿水和蓝水,但没有区分两者。他们考虑了两个综合类别的用水量:饲料作物和放牧。Zimmer和Renault(2003)对生产肉类和其他动物产品的全球水消耗量进行了粗略估计,没有显示每个国家、动物类别或产品的详细情况。[...]Peden等人(2007)估计了全球用于生产农场动物饲料的水消耗量。除了上述研究外,还有一些针对尼罗河流域(Van Breugel等人,2010)和美国(Renault和Wallender,2000;Pimentel等人,2004)的更具体的研究。

脚注

  1. Mekonnen和Hoekstra (2010)没有具体使用"无骨"这个形容词,但表5第28页末尾的计算表明无骨牛肉是他们的"功能单位"(即,在升/公斤数字的分母中被测量的东西),就像Beckett和Oltjen (1993)一样。

    特别是,Mekonnen和Hoekstra (2010)从"143公斤的总胴体重量"开始,说它产生101公斤牛肉。这意味着胴体中无骨牛肉的百分比为71%。相比之下,Beckett和Oltjen (1993)认为这个百分比为66.7%(表17,第825页)。

    同时,Mekonnen和Hoekstra (2010)(第28页)使用253公斤的活牛重量,这意味着143/253 = 57%的屠宰率,与Beckett和Oltjen (1993)(表17,第825页)估计的62%相比。  (返回)

  2. 尽管Capper (2014)的论文发表于2014年,但该文章最初提交给期刊是在2010年,与Mekonnen和Hoekstra (2010)出版的同一年。也许Capper (2014)使用的是当时正确的旧信息?  (返回)