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在气候变化影响全球粮食生产的背景下，研究人员对瑞典一商业鱼菜共生系统开展环境生命周期评估（LCA）研究。结果显示该系统气候变化影响为 3.94 kg CO2eq/kg 植物，明确了主要影响因素等。为鱼菜共生系统可持续发展提供依据。
随着全球气候变化加剧，极端天气频繁出现，对全球粮食生产造成了严重威胁。传统的农业生产方式不仅面临着水资源和肥料利用效率低的问题，还会对环境造成污染，如荷兰高强度的园艺生产导致温室区域的营养物质和农药污染当地水道。在这样的背景下，寻找可持续的粮食生产方式迫在眉睫。鱼菜共生（Aquaponics）系统作为一种创新的农业模式，受到了广泛关注。它结合了水培（Hydroponics）和循环水养殖系统（RAS）的优点，具有水和肥料利用效率高、可减少污染、能实现资源循环利用等优势，被 IPCC 列为推荐的粮食生产适应方式之一。
然而，目前关于鱼菜共生系统的研究存在诸多不足。虽然该系统常被宣传为可持续的解决方案，但大规模的生命周期评估（LCA）研究却很少，已有的研究大多集中在小规模实验装置或理论模型上，缺乏实际商业规模的数据支持。而且，不同研究在功能单位选择、分配方法等方面差异较大，导致研究结果难以比较和推广。此外，在寒冷气候地区，对鱼菜共生系统的研究更为匮乏，理解其在不同气候条件下的环境影响和潜在优势变得十分必要。
为了填补这些研究空白，来自国外的研究人员对位于瑞典中部的一个商业鱼菜共生系统展开了深入研究。该系统由 Johannas Stadsodlingar AB 运营，主要生产彩虹鳟鱼和多种叶菜类蔬菜。研究人员通过实地调查和数据收集，获取了系统在 2021 - 2022 年的实际生产数据，并以此为基础进行分析。他们希望通过这项研究，揭示该系统的环境影响，找出主要的影响因素，并探索降低环境影响的可行方案，为鱼菜共生系统的可持续发展提供科学依据。这项研究成果发表在《Cleaner Environmental Systems》上，为该领域的发展提供了重要的参考。
在研究过程中，研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是环境生命周期评估方法，以 1kg 植物为功能单位，运用系统扩张法对系统的环境影响进行评估，考虑了基础设施、材料和能源投入、废物处理等多个环节；二是设置不同场景进行对比分析，如改变人工光照时间和饲料成分，研究其对系统环境影响的变化；三是进行敏感性分析，对比不同地区的电力混合使用情况，评估其对系统环境影响的影响。
生命周期环境影响
研究人员通过生命周期评估，分析了系统在多个环境影响类别下的表现，包括气候变化（CC）、酸化潜力（AP）、淡水生态毒性（F. Ecotox）、淡水富营养化（F. Eutroph）、化石资源消耗（RU - Fossil）、矿物和金属资源消耗（RU - Min. & Met.）以及水的使用（WU）。结果发现，采用不同的分配方法会导致结果差异显著，系统扩张在几乎所有影响类别中都降低了影响，尤其是在水的使用方面，由于传统鳟鱼生产用水量大，系统扩张使水的使用呈现负值。在影响贡献方面，电力是除水的使用外大多数类别的主要贡献者，其中人工照明用电占总用电量和影响的 45%。而水产养殖投入是水的使用类别的主要贡献者，主要来源于鱼饲料、活鱼和井水。
情景分析
- 人工照明：研究人员设置了不同的光照时长情景，对比 18 小时、16 小时和 14 小时光照的情况。结果显示，减少光照时长可降低照明用电，进而减少资源消耗（矿物和金属）等类别的影响。每减少 2 小时光照，其他影响类别相对基线情景大致降低 4%。在维持气候变化影响与基线相当的情况下，可接受高达 6.3% 的可售植物重量减少，同时还能降低淡水富营养化和矿物及金属资源消耗的总影响，并减少设施总电力需求的 13%。
- 昆虫基饲料：研究人员评估了用昆虫基饲料替代商业饲料的情景。结果表明，基于 Johannas 饲料配方的循环饲料成分替代传统饲料，会增加气候变化影响。但采用零负担方法（即假设昆虫饲料由食物垃圾替代），可降低影响，但仍高于商业饲料。此外，更换饲料还会影响其他环境影响类别，如用水增加，而采用零负担方法时用水影响会略有降低。
能源组合敏感性分析
研究人员对比了使用瑞典、北欧和欧洲不同地区的电力混合情况对系统环境影响的影响。结果显示，除资源使用（矿物和金属）外，其他所有影响类别与基线相比均有所增加。欧洲电力混合使用导致影响大幅增加，尤其是在酸化、气候变化、富营养化和化石资源使用方面。瑞典和北欧的电力混合使用在大多数类别中也会增加影响，且北欧电力混合使用对水的使用影响是基线的两倍多。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，该鱼菜共生系统的能源消耗、消耗品和基础设施是主要的环境影响因素。地理位置对系统的环境影响至关重要，不同地区的电力混合使用会导致显著差异。因此，合理选择电力来源和设施位置对降低未来设施的环境影响十分关键。同时，研究还发现，方法学的选择，如功能单位和分配方法，会对研究结果产生影响，未来研究可考虑采用基于营养的功能单位，以指导生产更具营养的蔬菜。在改进方案方面，减少光照时长和使用昆虫基饲料（尤其是以食物垃圾为原料）有降低环境影响的潜力，但需要更多实验来评估其对植物产量和质量的影响。此外，研究还存在一些局限性，如系统在研究期间未达到满负荷运行，且规模相对较小，可能存在效率低下的问题。
总的来说，这项研究为鱼菜共生系统的可持续发展提供了宝贵的实证依据。它不仅揭示了系统的环境影响和主要影响因素，还为优化系统设计、降低环境影响提供了可行的方向，对推动鱼菜共生系统在全球范围内的可持续发展具有重要的指导意义。
