渔业副产物生物基肥料：矿物肥料的环境友好型替代品？

《Journal of Cleaner Production》：Biobased fertilisers from fishery side-streams: an environmentally friendly alternative to mineral fertilisers?

　　

本研究对三种生物基肥料（BBFs）及其施用进行了生命周期评价（LCA）。用生物基肥料替代矿物肥料可带来环境效益。两种生物基肥料降低了全球变暖潜势（GWP）和资源消耗。一种生物基肥料显示出总体较高的环境影响。

**渔业副产物生物基肥料的环境影响：基于生命周期评价的替代潜力分析**

**研究背景与目的**

传统矿物肥料的生产与应用面临诸多可持续性挑战。例如，用于制造氮肥的哈伯-博世（Haber-Bosch）工艺能耗巨大，且主要依赖天然气，加剧了全球变暖。磷肥的生产则依赖于有限的磷矿资源。此外，氮、磷肥的广泛施用导致了富营养化、全球变暖、空气污染以及陆地和水生生境的酸化。为了减少农业对不可再生资源的依赖并缓解欧洲的养分过剩，从有机废物流中回收养分被视为矿物肥料生产的一种替代方案。欧盟更新后的生物经济战略（European Updated Bioeconomy Strategy）将养分回收列为未来欧洲食品和农业系统保障的关键手段之一，旨在刺激回收养分市场，推动相关研究，并规范生物基肥料（BBFs）的市场准入。然而，生物基肥料在生产过程中也需要能源和物质投入，在田间施用时会排放温室气体和污染物。因此，有必要通过生命周期评价（LCA）来理解其环境表现。

尽管已有针对市政生物废物、污水污泥和动物粪便等主要有机废物流的LCA研究，但针对渔业副产物（如鱼类加工废弃物）的LCA研究尚属空白。此外，现有研究常未考虑肥料的主要功能，即作物生产。本研究旨在评估，通过新型加工工艺从渔业副产物中生产的生物基肥料，能否成为矿物肥料的环境友好型替代品。研究首先评估了三种新型生物基肥料生产的环境影响，随后将来自田间试验的数据整合到农业LCA模型中，以分析和比较施用生物基肥料与矿物肥料种植西兰花的环境表现。

**主要技术方法**

研究人员采用了生命周期评价（LCA）方法，分两步进行：第一步评估肥料生产的环境影响，第二步评估其田间施用（包含作物生长季）的环境影响。研究使用了来自挪威（工业规模）、法国和西班牙（中试规模）的三种生物基肥料（BBFs）的生产原始数据，以及矿物肥料（硝酸铵AN）作为参照。田间试验数据来自在爱沙尼亚J?geva进行的西兰花田间试验（Endogleyic Luvisol土壤）。生命周期清单（LCI）的构建结合了生产者的原始数据和ecoinvent 3.9.1数据库。环境影响评价采用ImpactWorld+ 2.0方法，涵盖五个中点指标：全球变暖、陆地酸化、海洋富营养化、淡水富营养化和矿物资源消耗。此外，还进行了敏感性分析，以评估关键参数（如运输距离、能源结构、排放因子等）的不确定性。

**研究结果**

**3.1 肥料生产的环境影响**
与矿物肥料（硝酸铵）相比，三种生物基肥料每千克氮（N）的生产环境影响存在差异。液体生物基肥料在所有环境影响类别中均表现出更高的影响（例如，淡水富营养化高达26倍）。固体生物基肥料在淡水富营养化和陆地酸化方面影响更高（分别高出78%和30%），但在全球变暖和矿物资源消耗方面略低（分别低3%和1%），在海洋富营养化方面影响低81%。生物基肥料颗粒表现最佳，在所有类别中均低于矿物肥料，影响降低幅度从全球变暖的91%到矿物资源消耗的12%不等。

**3.2 西兰花生产的整体环境影响**
与矿物肥料处理（MFT）相比，施用液体生物基肥料生产的西兰花（每千克）在全球变暖（高66%）和矿物资源消耗（高37%）方面影响最高，在淡水和海洋富营养化方面也更高（分别高19%和46%）。固体生物基肥料和生物基肥料颗粒处理在全球变暖和矿物资源消耗方面的影响比MFT低7-13%，但在其他三个类别中，其影响比MFT高20-132%。然而，考虑每公顷影响时，生物基肥料颗粒处理在陆地酸化方面比MFT低1%，固体生物基肥料处理在淡水富营养化方面比MFT低1%。

**3.3 过程贡献分析**
对于液体生物基肥料，肥料生产对全球变暖和矿物资源消耗的总体影响贡献最大（分别高达58%和54%）。对于所有处理，田间排放主导了陆地酸化、淡水和海洋富营养化的影响（贡献率分别为37-79%、73-97%和92-98%）。其他农业过程（如机械使用、材料投入）对全球变暖和矿物资源消耗有显著贡献。

**3.4 敏感性分析**
敏感性分析显示，采用基于总氨氮（TAN）的NH₃排放因子可显著降低陆地酸化影响（高达65%）。使用IPCC提供的N₂O排放因子下限可使全球变暖影响降低高达11%。将生产过程中可再生能源比例提升至50%可降低液体生物基肥料处理的全球变暖影响（13%）。原料运输距离增加150公里可使全球变暖影响增加高达6%。

**结论与讨论**

本研究表明，来自渔业副产物的生物基肥料可以成为矿物肥料的环境友好型替代品，但其环境效益因肥料类型而异。生物基肥料颗粒和固体生物基肥料在减少全球变暖和矿物资源消耗方面具有潜力，而液体生物基肥料则因能量密集型生产过程和较高的田间排放而表现不佳。

研究结果凸显了优化生物基肥料生产和施用方式的重要性，包括：生产地点应靠近原料来源以减少运输影响；采用节能的干燥技术；以及优化田间施用技术（如土壤掺混）以提高农艺效率。研究同时指出，当前LCA中使用的标准排放模型（如NH₃和N₂O排放因子）可能不适用于评估新型生物基肥料，需要基于田间试验进行校准和验证。此外，生物基肥料对土壤有机碳（SOC）的贡献可能有限，特别是对于碳氮比（C/N）较低的生物基肥料。未来的研究应考虑更多作物和生长条件，并开展多季田间试验以评估生物基肥料的残留效应。

**结论部分翻译：**
“本LCA研究评估了三种来自渔业副产物的生物基肥料（BBFs）与矿物肥料在生产与应用方面的选定环境影响。为此，研究人员将新型生物基肥料加工路径的生命周期清单与田间试验数据及模型化的田间排放整合到一个全面的生命周期评价中。结果表明，对于全球变暖和矿物资源消耗，施用生物基肥料替代矿物肥料可带来环境效益，使每千克西兰花的影响降低7-13%。然而，不同生物基肥料的环境表现因生产影响和农艺表现的不同而存在差异。无论存在何种不确定性，结果都凸显了优化生产与应用的重要性。这包括，除其他外，将生产地点设在靠近副产物来源的地方，使用节能的干燥技术以及合适的施用技术。除本研究调查的环境影响外，所研究的生物基肥料对土壤有机碳的增加可能只有有限的效果。为了更大规模地评估采用生物基肥料的环境影响，本研究确定了改进排放模型和统一LCA方法学的必要性，以便更好地整合不同研究的结果。”