循环水产养殖系统（RAS）的生命周期评估（LCA）——以鲻鱼（Argyrosomus regius）养殖为例

《Aquaculture Reports》：Life cycle assessment of a recirculatory aquaculture system (RAS) – A case study of meagre (Argyrosomus regius) farming

　　

随着全球对海产品需求的持续增长，可持续水产养殖在供应高质量食物的同时，发挥着减少对野生鱼类资源压力并最小化其环境影响的关键作用。循环水产养殖系统（RAS）已成为克服其他生产系统（如网箱和池塘）所造成的负面影响的有前途的解决方案，它提供了受控的生产环境，减少了用水和废物排放。然而，RAS也存在环境影响，必须进行彻底评估以确保其作为可持续替代方案的可行性。本研究应用生命周期评估（LCA）方法，评估了葡萄牙一个中试规模的鲻鱼（Argyrosomus regius）RAS养殖场的环境绩效，并确定了潜在的改进方向。考虑的环境影响类别包括全球变暖、淡水富营养化、海洋富营养化和土地利用。研究发现，能源和饲料生产是除海洋富营养化外大多数环境影响类别的主要贡献者，而海洋富营养化的主要贡献者是氧气和臭氧系统投入。主要的潜在改进措施包括在系统中更广泛地使用可再生能源、使用更具可持续性的饲料成分（例如利用副产品生产鱼粉和鱼油成分），以及将育苗场迁至养成场，这通过消除幼鱼运输需求，对所有环境影响类别都产生了积极影响。从本研究中获得的见解，增强了对基于RAS的鲻鱼养殖环境概况的理解，并为提高未来运营的环境效率奠定了基础。

一、 研究背景、问题与研究目的

全球水产养殖产量在过去几十年中显著增长，在满足人口对高质量动物蛋白（如海鲜）需求、增强粮食安全和减轻野生渔业资源压力方面发挥着关键作用。然而，水产养殖的快速发展也带来了显著的资源消耗、水体污染和温室气体（GHG）排放等环境挑战。循环水产养殖系统（RAS）作为一种高密度、受控的生产模式，以其高效的水处理和较低的用水排放，被视为一种有前景的可持续解决方案。然而，RAS也存在能耗高、依赖饲料等潜在环境影响，需进行全面评估以确认其可持续性。生命周期评估（LCA）是国际标准化组织（ISO）标准化的、用于量化产品或服务全生命周期环境影响的工具，是评估水产养殖系统环境表现的常规方法。鲻鱼（Argyrosomus regius）因其生长迅速、饲料转化率高等优良性状，在水产养殖中日益受到关注。然而，截至本研究发表，尚未有研究对RAS模式下的鲻鱼养殖进行全面的LCA。因此，本研究旨在填补这一知识空白，通过对葡萄牙一个中试规模的鲻鱼RAS养殖场进行“从摇篮到养殖场大门”（cradle-to-farmgate）的LCA，识别主要环境热点，量化环境影响，并通过情景分析探索可行的改进路径，以支持更可持续、低碳的水产养殖实践发展。本研究发表于《Aquaculture Reports》。

二、 主要研究方法

本研究严格遵循ISO 14040和14044标准框架，包含目标与范围定义、生命周期清单（LCI）分析、生命周期影响评估（LCIA）和结果解释四个步骤。1. 目标与范围：功能单位定义为养成场出产的1吨活重鲻鱼。系统边界涵盖资源开采、饲料生产、育苗、养成（包括运输）直至养成场大门的所有过程。2. 数据收集：养成阶段数据（2024年）直接来自葡萄牙Peniche的一个RAS中试养殖场。育苗阶段数据基于葡萄牙Olh?o一个育苗场的研究进行调整。饲料生产数据由葡萄牙主要饲料生产商提供，其中鱼粉和鱼油成分主要来自鱼类加工副产品（如沙丁鱼、金枪鱼和鲑鱼），其上游环境负担采用经济分配法进行分摊。3. 影响评估：采用ReCiPe中点（H）方法，在SimaPro软件中评估了全球变暖（GW，单位kg CO₂eq）、淡水富营养化（FE，单位kg P eq）、海洋富营养化（ME，单位kg N eq）和土地利用（LD，单位m²year）四个核心类别。4. 情景分析：评估了五个改进方案的环境效益，包括采用30%和100%光伏能源、现场育苗、用全鱼（沙丁鱼）替代副产品鱼粉、以及用秘鲁鳀鱼替代基线饲料中的鱼粉鱼油成分。

三、 研究结果

3.1. 清单分析

生产1吨活重鲻鱼，需要消耗1185.85公斤饲料、47078.93千瓦时电力、1466.70立方米海水和115立方米淡水。电力消耗中，水循环泵占比最高（27%）。系统排放2405.55立方米废水，并产生相应的氮、硝酸盐和磷酸盐排放。

3.2. 生命周期影响评估

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  总体影响：生产1吨RAS鲻鱼，全球变暖潜势为17765.41 kg CO₂eq，淡水富营养化潜势为8.32 kg P eq，海洋富营养化潜势为104.45 kg N eq，土地利用为3200.45 m²year。
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  主要贡献者分析：
  1. 1.
     能源消耗是全球变暖（贡献61%）和土地利用（贡献19%）的主要驱动因素。
  2. 2.
     饲料生产是土地利用的最大贡献者（贡献70%），对全球变暖也有一定贡献（6%）。
  3. 3.
     废水处理是淡水富营养化（贡献45%）和海洋富营养化（贡献12%）的重要来源。
  4. 4.
     “其他消耗”（主要为氧气和臭氧）是海洋富营养化的绝对主导贡献者（贡献85%），这与其工业生产过程中的氮氧化物排放有关。
  5. 5.
     运输和育苗也对全球变暖有显著贡献（分别占12%和9%）。

3.3. 敏感性（情景）分析

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  能源替代：使用30%和100%光伏能源，可分别使全球变暖降低13%和42%，土地利用降低4%和15%，但会导致淡水富营养化增加9%和15%。
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  现场育苗：消除幼鱼运输，可使全球变暖降低9%，并对其他所有影响类别产生轻微正面影响。
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  饲料替代：用全鱼（沙丁鱼）生产的鱼粉替代基线副产品鱼粉，会导致全球变暖大幅增加14%（在单独饲料分析中增加223%），说明使用渔业副产品的环境效益更优。用秘鲁鳀鱼饲料替代基线饲料，对整体系统影响轻微。

四、 讨论与结论

讨论部分总结：

研究人员在讨论中指出，本研究中RAS鲻鱼养殖的全球变暖潜势高于文献报道的RAS罗非鱼和虹鳟，这可能与鲻鱼作为海水鱼需要维持较高水温（25°C）、海水系统运行本身能耗更高，以及本系统为中试规模、生产效率未达商业化最优有关。能源被确认为最关键的环境热点，凸显了提升能效和使用可再生能源（如光伏）对降低碳足迹的核心作用。饲料，特别是其中谷物成分的生产，是土地利用的主要来源，推动了对更可持续饲料原料（如昆虫粉、微藻、单细胞蛋白）的探索。废水处理带来的营养盐排放问题，指出了优化处理工艺和探索综合养殖模式的重要性。氧气和臭氧的使用意外地成为海洋富营养化的最大贡献者，揭示了上游工业生产的间接影响。情景分析进一步证实：采用可再生能源和现场育苗是有效的改进策略；在饲料方面，优先使用渔业副产品而非专门捕捞的全鱼来生产鱼粉鱼油，对环境更有利。研究人员也提醒，由于本研究基于中试规模，其结果在与商业化系统比较时应谨慎，未来通过规模效应、技术优化和可持续饲料的应用，RAS鲻鱼养殖的环境绩效有显著提升潜力。

研究结论：

本研究首次对葡萄牙RAS鲻鱼养殖进行了LCA。结果表明，能源消耗是系统最主要的环境影响贡献者。整合替代能源（特别是光伏能源）可显著减少全球变暖和土地利用影响。此外，优先使用鱼类副产品而非全鱼，并探索替代性饲料成分，对于减轻环境负担至关重要。本研究增进了对RAS鲻鱼养殖环境概况的理解，为未来改进作业的环境效率提供了基础。为更好地支持LCA在水产养殖领域的决策作用，未来研究应侧重于扩充和细化水产养殖特定的生命周期清单数据库，并解决水生系统特有的影响类别。