《Aquacultural Engineering》：Integrated Sustainability Assessment of a Vertical Haloponic System for Shrimp and Halophyte Production
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综合可持续性评估表明，垂直卤养系统在环境与经济层面均展现出潜力。生命周期评价（LCA）和生命周期成本分析（LCC）共同评估了该系统。该系统在一个封闭咸水循环回路中同时生产虾和海蓬子。电力消耗是垂直卤养系统大部分环境影响的主要驱动因素。在基线假设下，该系统在所模
综合可持续性评估表明，垂直卤养系统在环境与经济层面均展现出潜力。生命周期评价（LCA）和生命周期成本分析（LCC）共同评估了该系统。该系统在一个封闭咸水循环回路中同时生产虾和海蓬子。电力消耗是垂直卤养系统大部分环境影响的主要驱动因素。在基线假设下，该系统在所模拟的规模上具有财务可行性。收入损失比成本上升构成更大的财务风险。
垂直卤养系统的整合可持续性评估：基于生命周期评价与生命周期成本分析的实证研究
一、研究背景与研究目的
在全球粮食需求持续增长、淡水资源日益稀缺以及气候变化加剧的背景下，发展资源高效、环境友好的可持续农业生产系统已成为学术界和产业界的迫切需求。传统农业和水产养殖面临土地占用大、淡水消耗高、废弃物排放多等突出问题。鱼菜共生系统（aquaponics）作为一种将水产养殖（aquaculture）与水培种植（hydroponics）相结合的综合生产方式，被认为是一种有前景的替代方案。然而，现有鱼菜共生技术大多依赖淡水，在干旱和半干旱地区难以推广。为解决这一问题，研究人员提出了盐水鱼菜共生系统，包括利用低至中等盐度（约0.5–10 g/L）咸水的卤养系统（haloponics）和利用更高盐度直至全海水的海水养殖系统（maraponics）。与此同时，垂直农业（vertical farming）通过多层立体种植可显著提高单位面积产量。将垂直农业理念引入卤养系统，即形成垂直卤养系统（Vertical Haloponic System, VHS），有望在节约淡水的同时大幅提升空间利用率。
尽管已有不少关于鱼菜共生系统的生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）研究，但现有工作存在明显的方法学异质性，特别是在功能单元（functional unit, FU）定义、分配方法和系统边界设定方面缺乏统一标准，导致不同研究之间的可比性较差。更重要的是，专门针对卤养系统和海水养殖系统的LCA研究极为匮乏，而将生命周期评价与生命周期成本分析（Life Cycle Costing, LCC）进行整合的研究更是少之又少。此外，盐水系统中盐生植物的市场定位与传统淡水作物存在结构性差异，其经济可行性尚未得到充分评估。
为此，本研究旨在填补上述空白，对帕多瓦大学在PRIN PNRR项目VerticHalPonics框架下开发的一种创新性垂直卤养系统原型进行综合环境与经济可持续性评估。该系统利用咸水同时养殖凡纳滨对虾（Penaeus vannamei）和种植欧洲海蓬子（Salicornia europaea L.），形成一个闭合盐水循环回路。研究的主要目标是通过整合LCA和LCC两种方法，全面评估该原型系统的环境影响、识别主要热点，并评价其经济可行性，从而为这一新型农业技术的规模化应用提供科学依据。
二、主要关键技术方法
本研究采用了两种互补的定量分析方法。第一，生命周期评价（LCA）：严格遵循ISO 14040和14044国际标准，涵盖目标和范围定义、生命周期清单分析（life cycle inventory, LCI）、生命周期影响评估（life cycle impact assessment, LCIA）和结果解释四个阶段。功能单元定义为1千克“组合”产品（含99.12%海蓬子和0.88%虾），不进行分配处理。系统边界采用“从摇篮到大门”（cradle-to-gate）模式，覆盖结构材料生产、能源和水消耗、饲料和营养液生产以及污泥处理全过程，但不包括产品商业化和消费阶段。LCA模型使用SimaPro v. 9.6软件和Ecoinvent v. 3.10数据库构建，影响评估方法选用ReCiPe Midpoint (H)和Endpoint (H) V1.11。第二，生命周期成本分析（LCC）：采用常规LCC（conventional LCC）方法，从系统所有者视角出发，运用净现值（Net Present Value, NPV）和内部收益率（Internal Rate of Return, IRR）两个核心经济指标，通过折现方式评估投资的经济可行性。
三、研究结果
3.1 环境影响评估——ReCiPe中点评估结果
在18个中点影响类别中，公用事业（Utilities，即电力和水）被确定为最主要的贡献者，反映出系统对人工照明、水泵、曝气和温控的高能耗需求。这一发现与现有文献一致。具体而言，全球变暖（Global warming）、水资源消耗（Water consumption）和化石资源稀缺（Fossil resource scarcity）三个类别的环境影响主要由公用事业驱动。垂直卤养系统结构（VHS structure）是第二大贡献者，尤其在陆地生态毒性（Terrestrial ecotoxicity）和人类毒性（Human toxicity）等与材料生产和加工相关的类别中表现突出。饲料35（Feed 35）和营养液（Nutrient solution）在土地利用（Land use）、淡水富营养化（Freshwater eutrophication）和海洋富营养化（Marine eutrophication）等类别中贡献较为显著。蚯蚓堆肥（Vermicompost）在所有类别中均呈现负贡献，表明有机污泥的资源化利用带来了环境效益，但其绝对值相对于总体影响可以忽略不计。
3.2 环境影响评估——ReCiPe终点评估结果
终点评估结果进一步确认了中点水平的发现。生态系统质量（Ecosystem Quality）损害主要受全球变暖、土地利用和水资源消耗驱动，其中公用事业仍是主要贡献者。资源稀缺（Resource Scarcity）以化石资源稀缺为主导，公用事业贡献超过80%。在所有保护领域中，人体健康（Human Health）损害最为显著，主要源于全球变暖、细颗粒物形成（Fine particulate matter formation）和人类致癌毒性（Human carcinogenic toxicity）。公用事业在前两个类别中占主导地位，而对于致癌毒性，垂直卤养系统结构与公用事业的贡献相当。蚯蚓堆肥在终点水平也提供了微弱的负贡献，场景比较显示，若省略蚯蚓堆肥处理，人体健康损害会略有增加。
四、讨论与结论
4.1 讨论
本研究的讨论部分围绕以下几个方面展开：首先，公用事业（尤其是电力消耗）作为最主要的环境热点，其影响程度高度依赖于当地电力结构的清洁程度。如果采用可再生能源（如风能或太阳能）替代化石燃料发电，系统的环境影响有望大幅降低。其次，垂直卤养系统结构中的金属材料（如低合金钢）和塑料（如PVC和HDPE）在生产过程中产生了显著的生态毒性和人类毒性影响，这提示未来可通过材料替代或优化设计来减轻这些负担。第三，饲料和营养液的贡献虽然相对较小，但在富营养化和土地利用等方面仍不可忽视，改进饲料配方和提高养分利用效率是潜在的优化方向。第四，蚯蚓堆肥虽提供了正向环境信用，但规模有限，不足以抵消能源相关的主导影响。最后，研究指出，由于现有文献在方法选择上的高度异质性，本研究的结果与其他鱼菜共生系统的直接比较需谨慎对待。
4.2 结论
研究人员翻译的研究结论如下：本研究对一种创新的垂直卤养系统进行了综合的生命周期评价和生命周期成本分析。环境影响评估结果表明，电力消耗是绝大多数环境影响类别的主要驱动因素，而系统结构材料的贡献在毒性相关类别中也十分显著。经济分析显示，在基线假设条件下，该系统在所模拟的规模上具有财务可行性，但收入损失比成本上升构成更大的财务风险。研究人员的综合评估表明，垂直卤养系统在环境和经济效益方面均展现出潜力，但若要实现商业化推广，仍需重点关注能源效率和收入稳定性的提升。
