地中海气候条件下低碳草莓生产减缓路径识别：生命周期评价

《GLOBAL CHALLENGES》：Identifying Mitigation Pathways for Low-Carbon Strawberry Production under Mediterranean Conditions: A Life Cycle Assessment

　　

农业生产是全球温室气体（GHG）排放的重要来源，这凸显了针对食品系统气候影响开展区域特异性评估的必要性。本研究采用基于过程的生命周期评价（Life Cycle Assessment, LCA）方法，基于“从摇篮到农场大门”（cradle-to-farm-gate）的系统边界，并以1 kg草莓为功能单位，对土耳其（Türkiye）梅尔辛（Mersin）省锡利夫凯（Silifke）地区露地草莓生产的碳足迹进行了评估。生命周期建模在SimaPro中完成，背景数据来源于Ecoinvent 3.10数据库，环境影响采用IPCC 2021全球变暖潜势（Global Warming Potential, GWP）方法进行量化。结果表明，该生产系统的总碳足迹为0.25052 kg CO₂-eq kg^?1，处于地中海地区草莓生产已报道结果的较低区间。栽培阶段是最主要的贡献环节，占77.56%，其次为原材料供应阶段，占22.44%。肥料施用，尤其是氮-磷-钾复合肥（NPK）肥料，被确定为首要排放热点。情景分析显示，肥料施用量减少20%可使碳足迹降低9.83%，而采用太阳能灌溉仅带来较小幅度的下降（0.56%）。敏感性分析进一步证实，肥料投入是主导性排放驱动因子（S ≈ 0.49），而电力消耗的影响可以忽略不计。产量敏感性分析还表明，生产力下降会显著提高碳足迹，突出说明肥料优化与产量稳定是关键的减缓策略。

该文发表于《GLOBAL CHALLENGES》，聚焦地中海条件下露地草莓生产的低碳转型问题。研究背景在于，农业部门是全球人为温室气体排放的重要来源，而地中海地区又是气候变化“热点”区域，面临升温、降水格局改变和水资源短缺等多重压力。在此背景下，果蔬系统虽然总体碳足迹低于动物性食品，但不同作物、不同区域、不同生产体系之间差异显著，现有研究尤其缺乏基于农场原始数据的地中海农业实地评估。草莓作为土耳其重要的园艺作物，在梅尔辛省锡利夫凯区具有高度代表性，该地区不仅是重要生产中心，而且具有地理标志（GI）属性和出口导向特征，因此开展针对该地区露地草莓系统的碳足迹核算，对于识别排放热点、制定减缓路径、提升地中海脆弱区农业的可持续竞争力具有现实意义。

研究人员围绕锡利夫凯露地草莓生产系统，采用基于过程的生命周期评价（LCA）框架，对“从土地整备到农场出门”的全过程温室气体排放进行了量化，并进一步结合情景分析和敏感性分析识别关键减排杠杆。研究结论表明，该地区露地草莓生产的碳足迹处于地中海同类研究的较低水平；栽培阶段是绝对主导环节，其中以NPK肥料为核心的养分投入是最主要排放热点；电力相关排放占比很低，说明在当前体系下，单纯能源替代的减排空间有限；产量变化对单位产品碳足迹具有明显影响，因此在维持高产稳定的同时提升肥料利用效率，是更有效的低碳化路径。这些结果为地中海地区出口型果蔬生产系统提供了具有区域针对性的减排依据。

研究采用的主要技术方法包括：基于ISO 14040和ISO 14044标准开展生命周期评价（LCA），以1 kg鲜草莓为功能单位，系统边界设定为“从摇篮到农场大门”；利用SimaPro 10.1.0.6进行建模，调用Ecoinvent 3.10背景数据库，并采用IPCC第六次评估报告框架下的100年全球变暖潜势（GWP100）表征气候变化影响；生命周期清单（LCI）数据主要来源于2023—2025年对锡利夫凯商业化草莓种植者的田间调查与访谈，并结合Silifke Chamber of Agriculture、国家水利工程部门（DS?）、地方灌溉协会和土耳其统计机构资料；在此基础上设置肥料减量、太阳能灌溉和组合减排情景，并实施单因素敏感性分析（OAT）及产量敏感性分析。

在“3.1 Carbon Footprint of Open-Field Strawberry Production”部分，研究人员首先核算了系统总碳足迹。结果显示，锡利夫凯露地草莓生产每1 kg产品对应0.25052 kg CO₂-eq的碳足迹。论文据此指出，该数值位于地中海草莓生产系统已报道结果的较低区间。研究将这一结果主要归因于露地生产方式本身不依赖温室结构、气候控制设备等高能耗基础设施，因此避免了设施农业常见的高额基础设施和能源排放。该结果说明，在当前管理条件下，锡利夫凯露地草莓系统具有较好的气候变化环境表现。

在“3.2 Contribution of Life Cycle Stages to the Carbon Footprint”部分，研究将生产系统划分为原材料供应和栽培两个生命周期阶段。结果表明，栽培阶段贡献0.19416 kg CO₂-eq，占总碳足迹的77.56%；原材料供应阶段贡献0.05642 kg CO₂-eq，占22.44%。这一结果说明，农场内管理过程是决定碳足迹的核心环节。论文同时指出，在除气候变化外的多项中点环境影响类别中，栽培阶段同样占据主导，尤其在淡水富营养化、海洋富营养化、酸化和淡水生态毒性方面表现突出，表明养分管理问题不仅影响温室气体排放，也关联更广泛的生态压力。相较之下，原材料供应阶段在土地利用影响方面占比较高，主要与上游育苗和栽培基质有关。

在“3.2.1 Raw Material Supply Stage”部分，研究进一步分解了原材料供应阶段的排放来源。结果显示，草莓种苗生产是该阶段几乎绝对主导的排放源，产生0.05622 kg CO₂-eq，占总碳足迹22.44%。其主要原因包括泥炭（peat）基栽培介质使用、苗圃运行能耗以及育苗相关处理过程。相比之下，从Nev?ehir向Silifke运输种苗的物流排放仅为0.00019 kg CO₂-eq，占0.08%，贡献极小。由此可见，该阶段减排重点不在运输，而在苗木生产方式、基质选择和苗圃能源效率。

在“3.2.2 Cultivation Stage”部分，研究明确指出栽培阶段是整个系统的排放中心。该阶段包含肥料和农药施用、灌溉相关能耗、农业机械运行、整地操作以及采收期劳动力运输等活动。其中，NPK肥料贡献0.12322 kg CO₂-eq，占总碳足迹49.17%，是最显著的排放热点；灌溉用水贡献0.01705 kg CO₂-eq，占6.81%；农业机械使用贡献0.01597 kg CO₂-eq，占6.38%；电力消耗贡献仅0.56%。其余如硫酸铵、钾肥、磷肥、杀菌剂、生根肥和劳动力运输等单项贡献均较低。这一结构表明，露地草莓系统排放并非分散于众多小源，而是高度集中于少数关键投入项，尤其是肥料。

在“3.2.2.1 Fertilizer Use as the Main Hotspot”部分，论文专门讨论肥料热点。结果显示，NPK肥料的生产与施用导致0.12322 kg CO₂-eq排放，占49.17%；硫酸铵贡献0.00927 kg CO₂-eq，占3.70%；磷肥和钾肥贡献分别为0.36%和0.71%。研究将NPK肥料高排放归因于两方面：其一，合成肥料制造过程本身能耗高；其二，施入土壤后氮素经历硝化（nitrification）和反硝化（denitrification）过程，会释放具有高增温潜势的氧化亚氮（N₂O）。因此，肥料特别是复合肥使用量和使用效率，是决定系统碳足迹的首要因素。

在“3.2.2.2 Irrigation and Electricity Consumption”部分，研究分析了灌溉及其电力需求的作用。锡利夫凯地区草莓生产主要依赖滴灌（drip irrigation）系统。清单结果显示，灌溉用水相关排放占6.81%，电力排放占0.56%。论文指出，这一影响更多来自抽水所需的间接能源，而非取水本身。由于所采用的是土耳其国家电网结构，电力仍部分依赖化石能源，因此会产生一定间接排放，但整体贡献较小。由此说明，灌溉相关减排可以作为辅助策略，但在该系统中并非首要抓手。

在“3.2.2.3 Agricultural Machinery and Diesel Use”部分，研究显示农业机械及柴油消耗是又一重要来源。土地准备、耕作、作畦等机械化作业产生0.01597 kg CO₂-eq，占6.38%。这些排放主要来自柴油直接燃烧及燃料上游生产与分配过程。结果说明，在地中海露地栽培条件下，机械化作业虽不及肥料敏感，但仍属于应当优化的次级热点。

在“3.2.2.4 Minor Inputs and Auxiliary Processes”部分，研究对次要投入进行了说明。杀菌剂贡献0.20%，生根肥贡献0.46%，采收劳动力运输贡献0.12%。这些辅助投入和附属过程对总碳足迹影响很小。论文据此认为，将减排资源优先配置于此类小源，整体效果有限，不如聚焦肥料、灌溉能耗和机械燃油等关键环节更具效率。

在“3.3 Scenario-Based Mitigation Analysis”部分，研究人员设置4种情景评估减排潜力。基线情景下总碳足迹为0.25052 kg CO₂-eq kg^?1。当NPK肥料施用量减少20%时，总碳足迹降至0.2259 kg CO₂-eq kg^?1，降幅为9.83%；当用太阳能灌溉替代电网电力时，碳足迹降至0.24912 kg CO₂-eq kg^?1，仅下降0.56%；两种策略组合实施后，碳足迹降至0.2245 kg CO₂-eq kg^?1，总降幅为10.39%。这一结果清楚表明，在现有生产结构下，最有效的减缓路径是肥料优化，而可再生能源替代虽有积极作用，但边际效应较小。

在“3.4 Sensitivity Analysis”部分，论文从参数层面检验模型稳健性与驱动因素强弱。“3.4.1 Input-Based Sensitivity”显示，NPK肥料用量上下波动20%，会引起碳足迹约±9.837%的变化；电力消耗上下波动20%，仅带来约±0.11%的变化。归一化敏感系数结果表明，NPK肥料的敏感系数S≈0.492，而电力仅S≈0.0055。这说明模型对肥料输入高度敏感，而对电力几乎不敏感，进一步强化了肥料作为核心控制因子的结论。

在“3.4.2 Yield Sensitivity Analysis”部分，研究考察了产量变动对单位产品碳足迹的影响。在总排放量保持不变前提下，若产量下降20%，碳足迹上升至0.31315 kg CO₂-eq kg^?1，增幅25.00%；若产量提高20%，碳足迹降至0.20877 kg CO₂-eq kg^?1，降幅16.70%。论文据此指出，产量稳定性是影响环境绩效的重要因素。虽然其影响仍弱于NPK肥料这一直接排放驱动因子，但低产会显著抬高单位产品排放强度，因此提高资源利用效率不能以牺牲产量为代价。

在“3.5 Discussion”部分，论文对结果进行了综合讨论。“3.5.1 Environmental Impact Profile and Hotspot Identification”强调，该系统的环境影响呈现出高度集中的热点结构，少数投入决定了大部分排放，因此“热点导向型”减排策略最具有效性。“3.5.2 Comparison With Previous Studies”指出，锡利夫凯露地草莓0.25052 kg CO₂-eq kg^?1的结果与地中海其他露地系统相符，并明显低于设施栽培和无土栽培系统；这种差异主要源于是否依赖高能耗基础设施，而非作物本身。“3.5.3 Implications for Sustainable Strawberry Production in Silifke”则进一步指出，提升可持续性的关键在于投入效率提升，尤其是基于土壤分析的施肥优化、减少过量施肥、改进灌溉能源效率以及优化机械作业安排。

论文“4 Limitations and Future Perspectives”指出，本研究主要有三方面局限：其一，仅聚焦气候变化影响，未全面展开水资源稀缺、富营养化和生态毒性等其他环境维度；其二，系统边界止于农场大门，未纳入贮藏、包装、流通、零售和消费等下游阶段，因此若从全供应链视角看，可能低估总生命周期影响；其三，数据虽基于农场调查和区域资料，增强了地方代表性，但不同农户管理方式、投入强度与产量波动仍可能引入不确定性。未来研究可拓展多环境影响类别、扩大系统边界，并进一步探索优化施肥、可再生能源灌溉及低投入栽培等替代方案。

研究结论部分可译为：本研究采用基于过程的生命周期评价方法，对土耳其（Türkiye）梅尔辛省（Mersin Province）锡利夫凯地区露地草莓生产的碳足迹进行了评估。结果表明，与地中海地区受保护栽培和无土栽培系统相比，该生产系统的碳足迹处于较低范围。分析显示，该系统的排放结构高度集中，少数投入主导整体环境影响。其中，肥料使用是温室气体排放的首要驱动因素，其次是灌溉相关能源使用和农业机械。该结果证实，提高投入效率是最有效的减排策略。情景分析和敏感性分析一致表明，肥料管理是减缓排放的关键杠杆，而在当前生产条件下，能源相关干预的效果相对有限。此外，产量表现对环境结果具有关键影响，说明在提高资源利用效率的同时维持高生产力十分重要。本研究中观察到的较低碳足迹，主要与露地条件下缺乏高能耗基础设施以及投入使用效率较高有关。上述发现与既有地中海农业生命周期评价研究一致。研究结果为露地草莓生产的环境绩效提供了区域特异性证据，并指出了基于肥料优化、能源效率提升和生产力改善的现实减缓路径，可为农户、政策制定者和研究人员制定适应地中海条件的气候智能型（climate-smart）和资源高效型农业实践提供支持。