《Aquacultural Engineering》：To Expand or Not to Expand? An LCA of the Environmental Sustainability of China's Tunnel-Greenhouse Shrimp Farming
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TGA对虾养殖系统通过生命周期评估发现单位产量碳排放约4989.5kg CO?eq，主要环境影响来自电力使用、鱼meal和废水排放，优化能源效率和饲料结构可降低环境影响。
孙月|于金英|杨晓涵|贾蕾|董登攀|李萌|宋谢发|李宪
中国海洋大学渔业学院海洋养殖国家重点实验室（教育部），青岛市，266001，中华人民共和国
摘要
隧道-温室水产养殖（TGA）系统作为一种具有成本效益的水产养殖系统，在中国得到了广泛而迅速的推广，约占虾类生产面积的20%。然而，与传统的水产养殖系统相比，TGA对环境的影响潜力仍不清楚。本研究应用生命周期评估（LCA）方法来分析TGA与传统系统的环境绩效及潜在改进机会，并在中国东部沿海地区对52名养殖户进行了问卷调查。利用SimaPro 9.5.0.0软件根据试验和调查数据建立了从摇篮到田间的LCA模型，并采用CML-IA技术来评估环境绩效。结果表明，采用TGA养殖系统生产每吨鲜虾会产生约4989.5公斤二氧化碳当量、26.16公斤二氧化硫当量和48.46公斤磷酸盐当量。研究还明确指出，TGA养殖系统中的主要环境影响因素是用于运行养殖场的电力消耗、鱼粉作为饲料原料的使用以及养殖废水的排放。提高能源效率和减少饲料中鱼粉的使用是减少环境影响的基本途径。我们的研究结果可为政府和企业在决策中提供参考，有助于推动中国虾类养殖的可持续发展。
引言
水产品在全球人类营养中发挥着重要作用，预计到2030年水产品产量将增加14%，其中水产养殖将占全球水产养殖产量的50.9%（联合国粮食及农业组织，2023年）。随着水产养殖业的快速发展，中国已成为全球最大的水产品生产和出口国，占全球产量的56.0%（联合国粮食及农业组织，2024年）。根据联合国粮食及农业组织的数据，在包括甲壳类动物和软体动物在内的全球水产养殖中，白腿虾是最重要的养殖品种，也是许多亚洲和拉丁美洲国家的重要外汇收入来源（Prates等人，2023年）。2020年，该行业的产量达到了580万吨（活重当量），自2010年以来增长了约两倍，而同期全球海洋和内陆捕捞的白腿虾产量基本保持稳定（约1万吨）（孙等人，2023年）。由于全球需求的持续增长，这一行业的发展预计将继续。
白腿虾可以通过不同的养殖系统进行养殖，如开放式池塘、高位池塘（HPP）、生物絮凝技术（BFT）、循环水产养殖系统（RAS）和隧道-温室水产养殖（TGA）等。与开放式池塘和HPP相比，TGA具有更好的疾病管理效果、更可控的水质以及更高的单位面积产量。此外，TGA的投资回报率更高，建设成本也低于RAS和BFT。TGA系统是一种半生物絮凝养殖模式，注重细菌和藻类的平衡，最初在江苏省南通市开发，近年来成为中国白腿虾集约化生产的重要热点。与其他养殖方式相比，TGA的投资成本更低，生产效率更高，因此越来越受到水产企业的青睐。该系统采用塑料覆盖的温室池塘和Roots鼓风机进行曝气，每立方米养殖密度约为200只虾。根据区域水产公司的非官方数据，2021年中国新增的集约化虾类养殖面积中，有超过20万座温室。然而，随着产量的增加，TGA养殖系统的环境影响也引起了学术界和公众的广泛关注。这些影响可以从多个角度考虑，包括投入（如能源、地下水、肥料、农药、抗生素）和后果（如温室气体排放、水资源利用、水质恶化等）。截至目前，尚未有针对TGA环境影响的详细分析。
为了实现可持续的水产养殖发展，水产品生产的环境影响一直是主要关注点（Da Mota等人，2024年；Nabi等人，2024年）。因此，政策制定者和养殖户在努力满足不断增长的需求时，需要获得关于不同养殖方式相对环境影响的更标准化信息。然而，水产养殖是一项涉及多种技术和养殖生物的高度多样化活动（Dong等人，2022年）。为了从系统角度评估TGA养殖的环境影响，有必要考虑整个虾类供应链，而不仅仅是传统的农场现场环境工程和风险评估。
目前，已有几种评估方法用于确定水产养殖系统对环境的影响，包括生态足迹、能源分析和生命周期评估（LCA）（Hala等人，2024年）。LCA是一种国际标准化方法，用于评估产品整个生命周期中的环境因素和潜在环境影响（Henares等人，2020年）。它已成为评估产品从资源提取到最终处置整个生命周期环境影响的常用和推荐方法。近年来，LCA在评估海鲜行业的认证和生态标签标准以及评估水产养殖生产系统的潜在环境影响方面发挥了重要作用（Cao等人，2013年）。已发表了多项关于水产养殖系统的LCA研究，包括鲑鱼（Liu等人，2016年）、海鲈鱼（Zoli等人，2023年）、比目鱼（Iribarren等人，2012年）、河豚（Hou等人，2022a）和蛤蜊（Tamburini等人，2022年）。LCA的应用揭示了水产养殖的一些先前未被评估的环境影响，例如与温室气体、水体富营养化、水资源利用等相关的影响。白腿虾的LCA应用仍在进行中。过去十年中，仅发表了少数关于白腿虾养殖系统的LCA研究，目标和范围各不相同（Al Eissa等人，2022年；Cao等人，2011年）。Noguera-Mu?oz等人（2021年）对墨西哥西北部的76家商业养殖场进行了LCA研究，发现白斑综合征病毒（WSSV）不仅影响了虾类产量，还损害了饲料转化率、海水利用和能源效率，从而导致更高的环境影响。Al Eissa等人（2022年）在美国中西部对三种不同养殖系统生产的活虾进行了从摇篮到市场的LCA分析，评估了八种不同的饲料配方。Sun等人（2023年）比较了三种流行的集约化养殖方式（循环水产养殖系统、生物絮凝技术和高位池塘），重点关注碳足迹。迄今为止，关于TGA养殖模式商业规模实践的LCA分析仍较为罕见。
本文介绍了在中国东部52家商业养殖场收获的白腿虾的生命周期清单（LCI）和生命周期影响结果。本研究旨在增进对TGA系统生命周期环境影响的理解，明确TGA系统中二氧化碳排放的主要途径，并丰富水产养殖LCA数据库。研究结果有助于更好地了解TGA系统中生产的白腿虾的生命周期环境影响，促进绿色和低碳转型的发展，并优化供应链结构。
研究区域及分析养殖场描述
研究区域位于中国山东省、江苏省、广东省和广西壮族自治区的沿海地区（图1）。这些地区不仅是重要的虾类生产区，也是TGA模式养殖面积较大的区域。如上所述，TGA系统最初是在南通市开发的，因此所有TGA系统的建设和养殖管理方式基本与南通市相同。TGA系统的典型尺寸为35.0~50.0米长。
养殖系统的环境绩效
使用SimaPro 9.5.0.0软件得出的虾类养殖系统的环境影响结果（包括AP、EP、GWP等）显示在表2中。
结论
这是首次进行TGA系统环境影响分析的LCA研究。明确TGA养殖模式的环境影响对于水产养殖的长期发展至关重要。LCA结果显示，在中国北部、中部和南部沿海地区，每吨虾类生产的二氧化碳当量分别为约5511.9公斤、4340.2公斤和5380.7公斤；二氧化硫当量分别为30.9公斤、25.8公斤和24.2公斤；磷酸盐当量分别为51.5公斤、46.9公斤和48.5公斤。同时，能源利用情况也有所体现。
未引用的参考文献
(De Morais等人，2023年；联合国粮食及农业组织，2023年；联合国粮食及农业组织，2024年；Fréon等人，2017年；Li等人，2025年；Lothmann和Sewilam，2022年；Yang等人，2025年；Zhang和Hu，2023年)
作者贡献声明
李宪：撰写 – 审稿与编辑，方法论设计。
孙月：撰写 – 初稿撰写，调查，数据分析。
于金英：撰写 – 审稿与编辑，数据分析。
杨晓涵：撰写 – 审稿与编辑。
贾蕾：调查。
董登攀：调查。
李萌：调查。
宋谢发：监督，资金筹集。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFD2400400）的支持。
