《Cleaner Environmental Systems》：The greenhouse gas reduction gap in manufacturing companies: An action-research framework for European reporting requirements
编辑推荐：
本研究针对温室蔬菜生产长期环境经济影响数据缺乏的问题，通过整合LCA（生命周期评估）、成本效益分析和时空替代法，评估了中国西北地区三种典型温室番茄生产系统（日光温室、外保温塑料大棚、塑料拱棚）的可持续性。研究发现日光温室虽冬季收益最高但环境压力最大，且种植超过15年后产量和净经济效益显著下降20-30%，同时多数环境影响指标上升。研究强调了开发温室专用排放因子对准确评估的重要性，为优化温室蔬菜生产模式提供了科学依据。
在追求新鲜蔬果全年供应的今天，温室种植技术扮演了关键角色。它们像一个个透明的堡垒，保护作物免受外界气候的干扰，让我们在寒冬也能品尝到夏日才有的番茄。中国作为全球最大的蔬菜生产国，其温室种植面积占全球总量的60%，其中日光温室、外保温塑料大棚和塑料拱棚是三种主力军。然而，在这光鲜的背后，隐藏着不容忽视的环境代价。长期高强度的温室生产，伴随着大量化肥、畜禽粪便和农药的投入，以及相对封闭的环境，可能导致土壤酸化、盐渍化、重金属积累和生物多样性下降等一系列生态问题。一个核心的疑问由此产生：这种高度集约化的生产方式，能否在保证经济效益的同时，维持长期的生态环境可持续性？传统的生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）方法多基于静态数据，难以捕捉多年种植带来的动态变化。此外，评估中常用的污染物排放因子大多针对露天作物，直接套用在环境条件迥异的温室系统上，其结果的准确性也令人担忧。为了回答这些问题，一项聚焦于中国西北地区温室番茄生产的研究应运而生，旨在深入剖析不同温室模式的长期可持续性。
为了系统评估温室番茄生产的可持续性，研究人员在2023年8月至2024年7月期间，对中国陕西省泾阳县的168个有效温室样本进行了调查。该研究主要采用了以下几种关键技术方法：首先，运用生命周期评估（LCA）方法，建立了从原材料开采到番茄收获的“从摇篮到大门”的系统边界，功能单位设定为生产1000公斤番茄，评估了包括全球变暖潜能（GWP）、陆地酸化（TA）、淡水富营养化（FE）在内的十项环境指标。其次，结合成本效益分析，计算了各温室系统的净经济效益。第三，针对缺乏长期连续数据的挑战，创新性地采用了“时空替代”方法，将不同种植年限（0-5年、6-15年、超过15年）的温室视为时间序列的替代，以模拟长期种植对产量、经济效益和环境影响的动态效应。第四，进行了敏感性分析，比较了使用温室系统实测排放因子、IPCC默认值和国家级清单数据对LCA结果的影响，并测试了温室使用寿命和种植频率等参数的敏感性。 inventory分析数据来源于实地问卷调查、专家咨询以及Ecoinvent 3.0数据库。
3.1. 温室番茄生产的产量和净经济效益
研究表明，外保温塑料大棚（WSTP）的番茄产量显著高于日光温室和塑料拱棚，分别高出11.05%和19.42%。然而，尽管日光温室的产量并非最高，且生产成本最高，但其净经济效益却显著高于其他两种温室。这主要得益于日光温室番茄在冬季上市，销售价格较高。成本构成分析显示，肥料成本是最大的支出部分，占总成本的36-41%，其次是温室建造成本（21-37%）和劳动力成本（22-33%）。
3.2. 温室番茄生产的环境影响及其主要来源
对环境影响的评估显示，除水资源消耗（WU）外，日光温室在其余九项环境指标上的影响潜力均为最高，尤其是在全球变暖潜能（GWP）、陆地酸化（TA）、人类致癌毒性（HCT）和土地利用（LU）方面，与另外两种温室存在显著差异。三种温室系统的主要环境影响来源基本一致：化学肥料生产、施肥产生的田间排放（如N2O、NH3）、灌溉用电以及温室建造是GWP和TA的主要贡献者；FE和ME分别主要受化学肥料生产和施肥田间排放驱动；农药残留和肥料生产是TET的主要来源；温室建造、化肥生产和灌溉用电是HCT和AD（非生物资源耗竭）的重要贡献者；畜禽粪便施用产生的重金属是HNCT的绝对主导因素（占92%）；土地利用影响则完全归因于番茄种植本身。
3.3. 不同种植年限下温室番茄的产量、净经济效益和环境影响
利用时空替代法分析长期效应发现，日光温室和外保温塑料大棚（WSTP）的番茄产量和净经济效益随着种植年限的增加（超过15年）而显著下降。与种植年限不超过5年的温室相比，种植超过15年的日光温室和WSTP的番茄产量分别下降了20%和23%，净经济效益均下降了约30%。对于塑料拱棚，虽然种植超过15年的产量和效益也低于年限短的，但差异未达到统计学显著性。
在环境影响方面，日光温室的所有十项环境指标值均随种植年限增加而上升，其中九项指标在种植超过15年的温室中显著高于不超过5年的温室。对于WSTP，仅TET随种植年限显著增加。塑料拱棚的环境指标则基本与种植年限无显著相关性。通过结构方程模型（SEM）分析发现，对于日光温室，产量下降是导致单位产品环境影响增加的主要路径，而农药用量增加也是TET上升的重要因素。
4. 讨论与结论
本研究通过综合运用LCA、经济分析和时空替代法，揭示了中国西北地区三种典型温室番茄生产系统的可持续性差异和长期变化趋势。研究结论指出，日光温室虽然能够实现番茄的反季节生产并获得最高的经济效益，但其环境成本也最高，特别是对宝贵的耕地资源造成了巨大压力（生产等量番茄所需土地是其他温室类型的近2倍或更多）。更重要的是，研究表明日光温室和外保温塑料大棚的长期（超过15年）生产力（产量下降20-23%）和经济回报（净收益下降约30%）是有限的，其环境足迹（尤其是日光温室）随年限增加而加重的趋势明显。这主要归因于温室封闭的环境以及长期大量投入化肥、畜禽粪便和农药所导致的土壤退化等问题。
敏感性分析结果凸显了使用准确排放因子的重要性。研究发现，若使用针对露天作物的IPCC默认值或国家级清单排放因子，来代替本研究采用的温室系统实测值，会显著高估温室番茄生产的GWP、TA和ME，其中对TA（主要由NH3驱动）的高估幅度高达330-468%。这表明，开发和应用适用于温室作物系统的排放因子，对于提高LCA评估的准确性至关重要。
该研究的发现具有重要的政策启示。在推广温室蔬菜生产，特别是像日光温室这样高资源消耗的类型时，决策者必须仔细权衡其经济效益与环境影响，尤其是对土地资源的压力。为了提升温室生产的长期可持续性，转向环境友好型管理实践至关重要，这包括改善温室通风条件以减少病害发生、采用作物轮作与覆盖作物（如十字花科和豆科植物）、施用酶基微生物肥料以减少对化学肥料和农药的依赖等。尽管本研究基于中国背景，但其揭示的封闭环境、高投入模式及其可持续性挑战，对全球其他地区发展非加温温室蔬菜生产也具有重要的借鉴意义。未来研究应致力于开展长期定位观测，并实地验证各种生态管理措施在提升温室系统可持续性方面的效果。
