《Agricultural Systems》：Guava production in the Brazilian Semiarid: carbon and water scarcity footprints, current challenges, and projections to 2055
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为解决气候变化下农业生产的环境影响问题，研究团队在巴西半干旱区对‘Paluma’番石榴的碳足迹（CF）和水稀缺足迹（WSF）开展了开创性评估。结果表明，CF范围为0.22–0.68 kg CO2eq kg?1，WSF范围则高达5–925 m3eq kg?1。研究提出，优化灌溉（如按需供水）可使CF降低4.5%，而缺灌和农林复合等可持续措施能有效减少环境影响。该研究为支持可持续农业（SDG 2）、水管理（SDG 6）和气候行动（SDG 13）提供了科学策略。
随着全球气候挑战加剧，农业作为对气候高度敏感的产业，其可持续发展面临着巨大压力。在巴西，水果产业是其经济的重要组成部分，而番石榴则是其中具有良好生产潜力和市场接受度的作物。特别是在巴西东北部的半干旱地区，这里是该国最大的番石榴产区和种植区，年产量超过28万吨。然而，该地区长期受到干旱等气候事件的困扰，农业生产系统脆弱。与此同时，全球范围内的机构和企业正依据《巴黎协定》和联合国可持续发展目标（SDGs），致力于应对气候变化和减少温室气体（GHG）排放。其中，可持续农业（SDG 2）、可持续水管理（SDG 6）和气候行动（SDG 13）成为焦点。在此背景下，一个关键的科学问题浮出水面：在巴西半干旱区，番石榴生产究竟产生了多大的环境“足迹”——即其碳足迹（CF）和水稀缺足迹（WSF）是多少？当前的生产方式存在哪些关键的环境“痛点”？更重要的是，面向未来（直至2055年），我们能否通过采取可持续的农业实践，来减轻这些环境负担，并增强农业系统的韧性？此前，学界对番石榴生产的CF和WSF评估尚属空白，仅有印度一项研究涉及番石榴生产的环境影响。因此，为了填补这一知识空白，并为番石榴生产者、研究者和政策制定者提供科学依据，一项针对巴西半干旱区‘Paluma’番石榴的CF与WSF的首次全面评估研究应运而生，并发表在《Agricultural Systems》期刊上。
为了回答上述问题，研究团队采用了多项关键的技术方法。研究于2022年12月至2023年2月期间进行，地点位于巴西塞阿拉州半干旱地区的下雅瓜里贝河子流域，数据来源于对当地五个番石榴果园（O1-O5）农民的实地访谈，这构成了研究的主要样本队列。研究的范围是“从摇篮到大门”，涵盖从土壤准备到水果运输至分销中心的全过程。核心方法包括：依据ISO 14067标准评估碳足迹（CF），依据ISO 14046标准并采用AWARE方法评估水稀缺足迹（WSF）。对于温室气体排放的计算，参考了政府间气候变化专门委员会（IPCC）的方法，并使用了ICVCalc工具。未来气候情景（RCP 4.5和RCP 8.5）下的用水需求和环境影响也通过模型进行了预测。此外，研究还进行了情景分析、不确定性分析（蒙特卡洛方法）和贡献分析，以识别主要环境影响源和可行的减损策略。
研究结果
3.1. 水稀缺足迹
研究比较了果园的实际用水量、作物实际需水量（AWR）以及未来情景下的预测需水量。结果发现，所有果园的实际用水量均超过了当前及未来的作物需水量，尤其是O2和O4果园存在严重的过量用水情况。未来气候情景下，番石榴的需水量呈上升趋势，在RCP 8.5和RCP 4.5情景下预计将分别增加10.54%和36.44%。缺乏高效的用水管理直接导致了较高的水稀缺足迹。与使用年度和全球化因子计算相比，使用月度化和区域化因子进行计算得出的WSF更高，后者能更准确地反映年内水稀缺的变化。
3.2. 碳足迹
分析显示，所有果园的CF（0.33至0.68 kg CO2eq kg?1番石榴）均高于区域参考清单（0.23 kg CO2eq kg?1番石榴）。如果将未来灌溉用水量调整至作物实际需水量（AWR），则由于能耗降低，预计2055年的CF会略低于当前值。这表明当前低效的灌溉管理是推高CF的重要因素。贡献分析揭示，田间生产（包括化肥和农药的使用）对CF的贡献最大（20%至45%），其中氮肥的影响尤为突出。此外，土地利用变化（LUC，即清除原生植被种植果园）也是CF的重要来源，对于树密度较低的果园（O3, O4, O5）尤其如此。
3.3. 减少番石榴生产碳足迹和水稀缺足迹的策略
研究评估了四种减损情景（S1-S4）。对于WSF，提高产量（S2）可使其降低17%至67%，而将灌溉量减少至作物实际需水量（S3和S4）则能带来最显著的降低，幅度达65.7%至91.4%。对于CF，消除土地利用变化排放（S1）可降低6.5%至26.6%；提高产量（S2）可降低15.4%至67.4%；减少灌溉量（S3）以及结合使用太阳能电池板（S4）分别可降低2.3%–11.7%和2.7%–15.2%。
结论与讨论
这项研究首次量化了巴西半干旱区番石榴生产的碳足迹和水稀缺足迹，揭示了当前生产系统中在灌溉管理和土地利用变化方面存在的关键环境问题。研究指出，低效的灌溉系统导致用水量远超作物实际需求，这是造成高WSF的主要原因，而未来气候变化将使这一问题更加严峻。在CF方面，化肥（尤其是氮肥）的使用和将原生植被（卡廷加群落）转变为果园的土地利用变化是主要贡献者。
研究提出的减损策略具有明确的实践意义。首先，优化灌溉管理，将用水量控制在作物实际需水量水平，是同时降低WSF和CF（通过减少能耗）最直接有效的途径。其次，提高果园单产（例如通过增加树密度）可以显著摊薄单位产品的环境足迹。再者，保护原生植被、避免新的毁林开垦，以及在已退化土地上采用农林复合等可持续生产系统，能够有效减少土地利用变化相关的排放并增强碳汇。值得注意的是，虽然使用太阳能电池板可以进一步降低CF，但对其在缺水地区生产过程中的水耗影响需要审慎评估。
总而言之，这项研究为巴西半干旱区番石榴产业的绿色转型提供了重要的科学依据。通过采纳基于科学的可持续管理策略——如精准灌溉、产量提升、保护性耕作和农林复合——不仅可以显著降低生产的环境影响，还能增强农业系统对气候变化的适应力。这些发现直接支持了联合国可持续发展目标中关于零饥饿（SDG 2）、清洁饮水和卫生设施（SDG 6）以及气候行动（SDG 13）的具体要求。要实现这些目标，不仅需要生产者的实践转变，也离不开政府政策在推动创新和可持续农业方面的支持，以确保该地区农业的长期生存能力和环境平衡。
