《Environmental and Sustainability Indicators》：Is it possible to combine animal welfare and mitigation strategies? A network analysis
尽管对环境问题的担忧日益加剧，农业活动仍然是温室气体（GHG）排放的重要来源。在这些活动中，与畜牧业相关的活动尤为突出。因此，研究人员需要解决气候变化和有限自然资源枯竭等问题，同时确保未来一代的全球粮食需求。多项调查致力于寻找克服潜在障碍的解决方案。畜牧系统需要在其他目标中，通过可能单一途径实现双重目标，解决动物福利和环境问题。本研究的目的是评估畜牧农民是否实施了能够实现双重目标的管理实践：提高动物福利性能，同时减少环境影响。为此，研究人员分析了102篇论文，进行了描述性分析和网络分析，以检验是否存在服务于这种双重功能的畜牧实践，因为据研究人员所知，此前没有研究涵盖这一分析。研究遵循PRISMA协议，并使用VOSviewer软件。结果强调了促进动物福利与环境友好型实践之间联系的重要性。制定协调策略，优化自然和农场资源，对于实现可持续农业系统至关重要。
1. 引言
近年来，对农场管理环境后果的日益关注在政策制定者、研究人员和利益相关者中获得了显著关注。诸多研究将畜牧业确定为温室气体（GHG）排放的主要贡献者。这些排放源自农场运营的多个方面，产生不利的环境外部性，从而强化了畜牧业、全球变暖和气候变化之间的既定联系。特别是，畜牧业排放的高浓度氨和甲烷显著加剧了气候变化，对人类健康、动物健康和生态系统稳定性产生级联效应，形成恶性循环。重要的是，这些环境压力不仅影响生态平衡，还直接对动物福利产生影响。热浪、寒潮和不可预测的温度波动对牲畜行为、福利状态和生产性能产生负面影响。此外，暴露于高浓度大气温室气体（GHG）与农场动物的不良健康结果之间存在关联。鉴于动物是畜牧系统的核心，这些环境外部性构成了系统性威胁，削弱了该行业的基础。动物保护法通常仅涵盖最低可接受的福利标准，留有显著的改进空间，这凸显了探索是否可以将个体和群体层面的动物护理改善与气候减缓策略整合，以同时改善动物福利和减少环境影响。
2. 方法
本研究的方法基于元分析（meta-analytical）方法，辅以全面的文献综述，目的是评估在畜牧部门和系统中同时解决环境减缓和动物福利的综合实践的潜在影响。研究主要基于文献计量综述，并辅以定性综合。为确保方法严谨性和透明度，采用了两种不同方法：用于系统综述的PRISMA协议，以及使用VOSviewer软件的共现分析，从而识别相关科学文献中关键概念的主题聚类和关系。
2.1 数据库选择：PRISMA
系统文献综述遵循定性系统综述和元分析首选报告项目（PRISMA）指南，采用预设的时间顺序和概念协议，以确保文章收集过程的透明度、可重复性和科学严谨性。选择爱思唯尔Scopus和Web of Science（WOS）核心集合作为最合适的数据库，它们提供了本研究相关期刊的大量高质量样本。排除谷歌学术（Google Scholar）和PubMed，因其索引非科学出版物或仅关注生物医学文献。在第一阶段，确定研究主题聚焦于畜牧系统中动物福利实践对环境影响的减缓潜力。经过测试，最终关键词为["mitigation*"和"livestock*"和"animal welfare*"]，文章收集于2024年4月11日。筛选步骤包括数据清理以排除重复项，并纳入所有语言的论文和综述。本研究中未应用合格性阶段，因为方法结构结合了VOSviewer数据处理，该工具基于算法选择数据，无需单独的合格阶段。因此，未排除任何文章，全部119篇文章构成了本分析的数据总体。
2.2 VOSviewer共现分析程序
VOSviewer是一种基于JAVA的免费软件，由荷兰莱顿大学科学技术研究中心于2009年开发，用于基于网络数据创建地图。该工具处理文献计量数据，通过定量方法结合多种因素，可视化科学出版物的相对网络地图。VOSviewer通过视觉表示三个研究主题（"mitigation*"、"livestock*"和"animal welfare*"）之间及其与其他主题生成的网络，提供目标研究主题的高质量概览。地图显示不同节点，每个节点代表一个关键词，其大小对应出现频率，节点间链接表示共现关系，链接粗细反映关系强度。本研究将采用PRISMA协议收集的文章的关键词、标题和摘要（TITLE_ABS_KEY）导入VOSviewer，处理所选文章的词频共现网络地图，涵盖所有可用搜索时段（1999-2023）。
3. 全球科学出版物概览
3.1 描述性文献计量分析
从Scopus和WOS提取的数据，遵循PRISMA协议，进行了描述性分析，具体包括地理分布、每年论文总数分布以及相关领域的主要期刊。
3.2 出版年份数据
在1999-2023年整个活动期间，关于选定主题（动物福利、畜牧业和减缓）的科学产量呈演化分布。2000年代初，全球出版物极少；1999年仅有一篇论文，2000-2003年无相关论文。2004-2009年保持每年一篇的稳定但极低产出。2011-2012年增至两篇和四篇。2013-2014年逐步增长（2013年五篇，2014年七篇），随后2015年回落至四篇，2016-2017年每年三篇。自2018年起，产出恢复上升趋势：2018年七篇，2019年九篇，2020和2021年显著增至每年十六篇，2021-2022年呈增长趋势。随后一年的减少归因于数据收集始于当年四月，未涵盖全年。
3.3 关键期刊数据
最新年份作为最富产时期，揭示了围绕“动物福利”、“畜牧业”和“减缓”主题的日益关注。高被引文章排名显示，排名首位的研究聚焦于特定减缓策略：精准畜牧业（PLF）。一些研究考察了采用精准畜牧业（PLF）技术如何通过提高运营效率、动物福利和排放控制来减缓环境影响。后续分析证实，通过精准畜牧业（PLF）提高动物效率可显著减少单位产品的环境影响。排名第二的研究涉及影响母猪和仔猪福利的生物因素与窝产仔数关系，强调需要整合遗传选择和围产期管理来减轻不利影响。排名第三及类似研究关注动物遭受的热应激和冷应激，强调了极端温度对牲畜的压力，加强了适应性管理策略的必要性。高被引论文中，有四篇考察了动物健康风险，包括牲畜-食肉动物冲突、微生物危害、真菌毒素中毒症和损伤案例。另一项研究关注疫苗接种作为疾病控制手段，另一项研究涉及国际牲畜贸易带来的疾病风险。还有研究提出提高有机农业生产力以降低单位产出环境负担，其他作者探讨减少温室气体（GHG）排放的策略，包括政府政策干预和动物生产链中的减排方案。
3.4 作者所属机构地理分布
地理分布显示，美国出版比例最高（46.1%），其次是英国（37.3%）、澳大利亚（32.4%）和意大利（19.6%）。德国和加拿大并列（16.7%）。其他国家均低于15%，西班牙最低（4.9%）。大多数高产国家位于北半球，英国和意大利是仅有的两个欧洲高产国家，可能表明区域协作或研究重点。其他大洲研究活动较少，存在增加研究努力的巨大机遇。
3.5 研究领域
图3展示了综述论文所属的五个主要研究领域。结果显示了显著的文献异质性。通过整合两大数据库的相似类别，将研究领域合并为更广泛的宏观类别。最大的研究领域是农业多学科（34%），包含99篇文章，强调了农业科学的核心作用。其次是兽医学和动物学（23%，68篇），强调动物健康、福利和行为。多学科科学（14%，40篇）反映整合多种视角的研究，常涉及气候变化影响、环境可持续性和粮食安全等交叉问题。环境科学（11%，33篇）关注环境因素、污染、资源管理和生态系统服务。地球科学多学科（10%，30篇）涉及土壤科学、土地利用和气候建模。整体分布体现了该领域的跨学科性质。
3.6 VOSviewer共现分析结果
使用VOSviewer对119篇文章进行统计关键词分析，揭示最常用术语，展示了主题聚类和研究重点。由于Scopus和WOS数据库编码格式不同，需要统一数据集，将两者转换为单一RIS文件格式后导入VOSviewer。关键词分析采用以下工作流：基于文献数据；分析类型为共现；分析单位为关键词；计数方法为全计数；术语最小出现次数为3（产出71个关键词）；选择总项目数。全计数方法被采用，因为它能表示关键词的绝对出现次数，优于分数计数（后者根据合著者数量调整权重）。在初筛（PRISMA协议）已确保相关性的基础上，应用分数计数可能冗余。作者通过判断排除了四个重复关键词。最初843个独特关键词中，经过3次共现阈值调整后保留71个关键词，最终网络地图包含46个关键词。
3.7 VOSviewer网络、聚类和密度结果
网络地图共组合46个关键词，根据其共现关系聚合成五个聚类。密度地图通过颜色显示节点密度，蓝色到绿色再到黄色分别表示低、中、高密度，帮助识别聚类或节点在研究领域中的核心或边缘角色。密度地图确认并加强了网络可视化结果，显示主题领域和概念聚类的一致性，支持分析的稳健性。
3.8 VOSviewer聚类分析
聚类1（红色，12项）：围绕生物多样性、碳封存、奶牛、环境、管理、肉、甲烷、营养、性能、质量、反刍动物、产量。该聚合强调在畜牧系统中，饲料和牧场资源的有效管理是整合生产力、产品质量、动物福利和在某些情况下环境可持续性的关键。轮牧和使用高营养价值的牧草可促进反刍动物生长、产奶量和肉质，同时促进土壤碳封存。定向营养选择可改善福利并减少环境影响，优化日粮配方可减少肠道发酵产生的甲烷排放，将营养策略与环境减缓效益直接联系起来。一些研究未明确强调动物福利与环境影响的互连，但这些管理策略间接暗示畜牧农民在实施饲料和牧场实践时，有可能追求双重目标：提高动物福利同时减缓环境影响。
聚类2（绿色）：主要与畜牧业管理中的温室气体排放及其测量相关。关键词包括农业、氨排放、温室气体（GHG）排放、全球变暖、温室气体排放、生命周期评估（LCA）、畜牧业、生产系统、应激、系统。该聚合表明粪便管理和气体减缓是福利与可持续性之间的另一个关键交叉点。优化粪浆储存、使用饲料添加剂以及适当的畜舍通风可减少氨和温室气体排放，改善圈养牲畜的呼吸健康并减少应激，同时有助于提高福利状态和生产力。生命周期评估（LCA）研究表明，减排干预措施提高了系统效率和资源利用，但未明确提及动物福利目标。粪便和排放管理是畜牧农民可以同时实施促进福利和环境目标的实际领域。
聚类3（蓝色，9项）：聚焦于安全方面，包括管理、食品处理和风险管理。关键词有畜牧业、动物福利、犊牛、流行病学、遗传参数、畜牧养殖、死亡率、疼痛、公共卫生。该聚合以动物为中心，动物福利是农场可持续性的关键决定因素，但不涉及其环境维度。疼痛管理、常规健康监测和抗逆性遗传选择可减少死亡率和发病，同时增强舒适度和生理福利。有效的流行病学监测和疾病风险管理可防止生产低效率和资源浪费，间接减少环境影响。尽管审查的研究主要关注福利结果，一些证据表明采用早期福利干预措施（如健康监测和强健品系）的农民可能获得可持续性的附带效益。在该聚类中，明确报告同时针对福利和环境减缓的综合策略仍然有限。
聚类4（黄色，9项）：涉及消费、消费者接受度和尝试意愿。关键词包括牛肉、气候变化、健康、甲烷排放、减缓、一氧化二氮排放、瘤胃发酵、专题-减缓、可持续性。许多作者强调温室气体减排策略同时解决动物福利和环境目标的可行性。对瘤胃发酵的调整、替代饲养制度和精准畜牧业（PLF）工具的应用已被证明可减少甲烷和一氧化二氮排放，同时维持生产力和动物福利。精准畜牧业（PLF）的采用通过饲料优化和定向管理减少排放，并通过监测应激和舒适度确保动物福利。农林复合实践和可持续残余物管理进一步提高了资源效率和系统韧性，未报告对动物健康有负面影响。尽管采纳率仍然较低，这些技术和管理干预为双重效益提供了可行途径。
聚类5（紫色，5项）：关于可持续性、创新和循环经济。关键词包括行为、牛、热应激、温度、福利。该聚类揭示热应激对牲畜行为、生理福利和生产力的重大挑战，对环境性能有间接影响。靶向管理干预（如风扇、喷淋、遮荫和自动化监测系统）可缓解热应激，改善福利指标。将这些策略与环境管理（如优化通风和饲喂计划）结合可提高系统效率，并通过维持热应激条件下的生产力减少间接环境影响。尽管这些干预对温室气体排放的直接效果在审查文献中未被量化，但证据表明有效管理热应激可维持动物表现，间接促进环境可持续性。部分研究评估了冷却系统，同时考虑动物舒适度和环境效应，明确承认策略可改善福利但也可能增加能源消耗，需作为福利-减缓权衡进行评估。
3.9 VOSviewer聚类讨论
聚类1讨论：饲料和牧场管理实践是影响生产效率和环境结果的最常用策略。优化反刍动物日粮可提高生长和产奶量，同时减少肠道甲烷排放，有助于气候变化减缓。轮牧系统和高质量牧草的使用可改善土壤碳封存量并减少单位产出甲烷排放。营养策略主要出于生产力和福利考虑，如减少代谢应激和改善瘤胃功能。环境效益常作为附带效益出现，而非农民管理决策的主要目标。研究表明，福利导向管理与环境减缓之间存在隐含的一致性。
聚类2讨论：农民常实施排放减缓实践，同时也寻求动物福利关怀。旨在减少氨和温室气体排放的粪便管理策略和畜舍技术改善室内空气质量，减少牲畜的呼吸道刺激和应激。环境控制（如优化通风和气候管理）可缓解热和生理应激，同时系统层面贡献于减排。生命周期评估（LCA）表明，减少养分损失和排放的干预措施可在不损害动物福利的情况下提高生产效率。动物福利改善往往是附带效益，而非明确目标。
聚类3讨论：研究强烈关注动物结果，特别是幼畜福利、疾病预防和遗传选择。改善福利是长期环境和生产结果的关键决定因素。福利干预（如疼痛管理、健康监测和抗逆性育种）可改善死亡率、减少发病和增强生理福利，同时通过减少资源浪费（饲料和医疗投入）间接产生环境效益。早期福利干预与生产力和饲料效率提高相关，可能有助于降低环境压力。但多数研究强调福利结果，未明确评估农民采用同时追求环境减缓的实践。环境减缓并非福利策略的明确目标，福利驱动的管理不一定转化为明确的环境行动。
聚类4讨论：该聚类最明确地阐述了环境减缓与动物福利之间的关系。针对瘤胃发酵、替代日粮和精准饲喂的干预措施可减少甲烷和一氧化二氮排放，同时维持或改善动物健康和生产。精准畜牧业（PLF）技术提供具体工具，平衡生产力、福利和环境绩效。更广泛的系统级干预（如农林复合和可持续残余物管理）进一步增强韧性并减少环境影响，不损害动物福利。尽管存有经济和结构性障碍，该聚类提供了支持研究问题的最强证据。
聚类5讨论：热应激管理实践广泛采用以保护动物福利，但环境考量不均匀。冷却系统、遮荫和自动化监测可改善饲料效率并减少单位产出排放强度，但环境减缓很少被作为主要目标。只有少数研究明确评估了这些干预的环境成本。气候适应策略很少被框架化为减排工具。农民积极实施福利导向策略，可能间接影响环境绩效，但综合目标仍属例外，需更多综合环境评估。
3.10 VOSviewer高频关键词分析
表3显示了共现和总连接强度结果。高频关键词包括：动物福利（19次出现，59总连接强度）、畜牧业（14,63）、减缓（9,51）、牛（9,36）、可持续性（9,35）、气候变化（8,40）、健康（8,33）等。动物福利、畜牧业和减缓是驱动本研究的核心术语。牛和可持续性发生次数相同，气候变化紧随其后。总连接强度方面，气候权重高于牛和可持续性。
4. VOSviewer高频关键词讨论
动物福利：对动物福利和环境可持续性的广泛关注推动了对畜牧生产系统适应性的迫切需求。减排努力并不总能充分考虑到动物福利。许多减缓策略可能在社会或伦理上不可持续，尤其是在损害动物福利时。本部分旨在识别可能对动物福利产生负面影响的减排策略，并详细分析具体挑战和权衡。
减缓：“减缓”关键词在文献中呈现多层面概念，不仅包括减少温室气体排放等环境挑战，还包括缓解动物痛苦和疼痛的策略，从而改善动物福利。减缓也延伸到经济领域，特别是减少动物疾病传播（如狂犬病）造成的经济损失。采用有机农业方法被认定为同时支持动物福利和环境可持续性的有前景途径。
健康：减缓环境影响可为动物和人类健康带来实质益处。健康改善可作为主动策略，同时推进动物福利和环境可持续目标。“健康”在文献中涵盖动物福祉和人类健康两方面，反映了“同一健康”（One Health）方法的认可。减少肉类消费是受讨论的策略之一，可降低温室气体排放、减少环境退化并减轻动物系统压力。政策干预旨在提高公众意识并转向伦理和可持续消费模式，消费者愿意为可持续生产的肉类产品支付溢价。
反刍动物：反刍动物显著贡献温室气体排放，影响环境。提出的策略包括利用农场本地饲料资源，整合作物和牲畜生产的放牧技术。自然喂养实践被认为更尊重动物福利，避免非有机认证的饲料添加剂，促进更健康的饮食。农场自产饲料减少依赖进口和长途运输，降低碳足迹，并支持循环经济模式。混合饲喂系统（放牧与限饲结合）允许控制日粮摄入，有助于缓解气候极端条件下的动物福利问题。
牛：牛在畜牧业中核心地位，其瘤胃发酵是甲烷的主要来源。利用银合欢（Leucaena leucocephala）作为饲草是一种有前景的可持续牧场策略，可增强碳封存、减少甲烷排放，同时符合动物福利目标，提供营养饲料，并促进生物多样性保护。
温室气体排放：牧业系统排放显著，策略包括强化生态过程以实现经济、环境和社会可持续性。促进较长的反刍时间被认为减少甲烷排放的最佳实践。营养创新（如开发天然化合物）可减少瘤胃甲烷产生。连续监测气体浓度对于评估空气质量和指导缓解方法至关重要，也有助于改善畜舍空气条件，促进动物福利。减少一氧化二氮排放也至关重要，通过调整气流速率等靶向处理显示出显著减排潜力。
可持续性：可持续性整合环境减缓、动物福利、经济可行性和社会责任等多重目标，并新增治理维度。研究呈现两种视角：一种强调整合方法，平衡经济、环境和社会目标，高经济效率农场往往环境足迹最低；另一种承认可持续性存在权衡，某些干预可能带来动物福利成本增加，需要细致评估。
热应激与行为：热应激是影响动物福利的重要因素。使用温度-湿度指数（THI）量化热应激，并引入更全面的气候指数。定量性状位点（QTL）作图揭示了热应激生理指标的遗传性，为遗传选择提供潜力。动物迁移也是缓解策略。热应激与动物行为、福利和肉质之间存在复杂关系，影响牧业生产力和经济可行性。
生物多样性：生物多样性是环境减缓的关键元素。现代农业实践常导致生物多样性下降。整合特定植物种类于畜舍设施可减少氨和甲烷等大气污染物，改善福利并支持生物多样性。可持续牧场模式（如轮牧、农林复合和自然植被缓冲区）有助于栖息地保护和恢复。
管理与系统：术语“管理”和“系统”在文献中持续出现，反映了将动物福利与环境可持续性整合的趋势。畜牧系统需整合生产力、经济效率、环境可持续性和伦理福利。系统级管理涉及遗传、营养、畜舍设计、健康规程、牧场管理和废物处理等多元因素的协调，倡导超越孤立的干预，采用整体视角。适应性管理策略在气候变化不确定性下至关重要，并需要整个价值链的利益相关者协作。
结论
畜牧业在塑造生态系统健康和农食系统可持续性中扮演关键角色。其环境足迹（特别是温室气体排放、土地和水资源使用、粪便管理）使其成为改革的关键领域。同时，确保动物福利的伦理责任已成为同等紧迫的关切。这两个支柱构成现代负责任畜牧生产的基础。同时减少环境影响并改善动物福利的实践可提供双重效益，是最有前景的前进方向。本综述强调需要系统性转变，而不仅仅是增量变化。未来研究可通过扩展搜索策略（包括更广泛相关术语）以及纳入PRISMA式资格筛选来加强文献计量分析的稳健性。总之，促进动物福利与减缓环境影响的双重挑战已成为现代畜牧生产的焦点，实现这些目标是可行的，但需要精心设计的具体情境策略。向更伦理、更具韧性和环境可持续的畜牧系统转型既紧迫又可达成，需要多尺度、多部门的协调行动。
