花卉產(chǎn)業(yè)中生命周期評價(jià)方法應(yīng)用進(jìn)展

劉景安

（北京市花木有限公司，北京 100044）

隨著中國提出將于2030 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，碳排放問題已是各行業(yè)發(fā)展中必須面對的問題?；ɑ墚a(chǎn)業(yè)是生態(tài)友好型產(chǎn)業(yè)，但在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸和交易產(chǎn)業(yè)鏈中也存在碳排放問題。中國是世界花卉栽培面積第一大國［1］，也是世界第二大切花和盆栽植物銷售國［2］，如何綜合評價(jià)花卉產(chǎn)業(yè)的生態(tài)環(huán)境效益，是未來實(shí)現(xiàn)花卉產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要克服的一個關(guān)鍵問題。

生命周期評價(jià)（Life Cycle Assessment，LCA）方法是當(dāng)前普遍接受的可持續(xù)發(fā)展評價(jià)方式［3］，國外花卉產(chǎn)業(yè)生命周期評價(jià)方法應(yīng)用研究開展較早。在21 世 紀(jì) 初，Russo 和De Lucia Zeller［4］已 利用LCA 評價(jià)方法對玫瑰和仙客來2 種花卉進(jìn)行了環(huán)境影響評估。當(dāng)前國外花卉產(chǎn)業(yè)生命周期評價(jià)研究雖然已不少，研究也相對系統(tǒng)，但總體上仍處于方興未艾的階段。

與世界花卉強(qiáng)國相比，中國在花卉產(chǎn)業(yè)生命周期評價(jià)方面的研究非常少，這與我國為世界花卉生產(chǎn)大國的地位不符，同時也不利于未來花卉產(chǎn)業(yè)的生態(tài)效益評價(jià)和可持續(xù)發(fā)展。本文針對當(dāng)前國內(nèi)外花卉產(chǎn)業(yè)生命周期評價(jià)方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為中國花卉產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

1 生命周期評價(jià)概述

生命周期評價(jià)方法是當(dāng)前由國際標(biāo)準(zhǔn)界定、被國際科學(xué)界廣泛接受，可以應(yīng)用到包括農(nóng)業(yè)在內(nèi)的諸多領(lǐng)域的一種評價(jià)環(huán)境負(fù)擔(dān)的方法［5-6］。利用該方法可用于評價(jià)一個產(chǎn)品，或產(chǎn)品生產(chǎn)過程，或者產(chǎn)品從原材料、生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸及最終處置等整個過程對環(huán)境的影響［7-8］。

生命周期評價(jià)理論的應(yīng)用可追溯到20 世紀(jì)60 年代，初始階段主要用作資源和環(huán)境的分析。20 世紀(jì)90 年代前，生命周期評價(jià)研究和應(yīng)用發(fā)展比較緩慢，之后隨著對該方法進(jìn)一步認(rèn)知，其應(yīng)用研究開始明顯增多。進(jìn)入21 世紀(jì)后，生命周期評價(jià)方法在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究報(bào)道快速增加［9-12］，開始應(yīng)用到觀賞園藝植物上［13-14］。

利用生命周期評價(jià)方法可以評價(jià)與環(huán)境有關(guān)的一系列影響因素：地球變暖潛能（global warming potential，GWP）［15］、非生物損耗（abiotic depletion ，簡稱AD）［16］、空氣酸化（air acidification，AA）［17］、富 營 養(yǎng) 化（eutrophication，EU）［18］、光 化 學(xué) 氧 化（photochemical oxidation，PO）［19］、臭氧損耗（ozone depletion，OD）［20］、人體毒性（human toxicity，HT）、淡水水生生物毒性（freshwater aquatic ecotoxicity，F(xiàn)A）［21］、海 洋 生 態(tài) 毒 性（marine ecotoxicity ，MAET）［22］, 陸 地 生 態(tài) 毒 性（terrestrial ecotoxicity，TE）［22］, 碳 足跡（CO2footprint）［23］和水 足 跡（water footprint）［23］等。在觀賞植物生產(chǎn)過程中，生命周期評價(jià)可以用來評價(jià)觀賞植物生產(chǎn)中每個階段投入（能量和材料的投入）和輸出（如對大氣、土壤和水等影響）對環(huán)境的影響。

2 國外花卉產(chǎn)業(yè)中生命周期評價(jià)（LCA）應(yīng)用研究進(jìn)展

在國外花卉產(chǎn)業(yè)生命周期評價(jià)應(yīng)用研究中，根據(jù)花卉的最終利用形式可分為切花花卉、觀賞盆栽花卉及觀賞植物的應(yīng)用研究（樹木類）［24］。本文僅涉及切花和觀賞盆栽花卉2 類。

2.1 切花花卉中的應(yīng)用

根據(jù)已有報(bào)道，整個切花生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響包含以下4 個方面［24］：第一，溫室建設(shè)材料、化學(xué)材料、肥料、堆肥、水培基質(zhì)和繁殖材料在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中消耗的能量和產(chǎn)生的碳排放；第二，處理和包裝過程中材料和能源的消耗造成的環(huán)境影響，如花卉冷藏和包裝過程中水、材料和能量的消耗；第三，運(yùn)輸過程產(chǎn)生的環(huán)境影響，指的是花卉運(yùn)輸?shù)酱笮褪袌龌蛘呋ǖ?、園藝中心、超市等零售目的地或最終消費(fèi)端過程中的能量消耗對環(huán)境的影響；第四，切花生產(chǎn)中所用的燃料、水、電、肥料、殺蟲劑等對環(huán)境的影響。

在切花生產(chǎn)和管理過程中，產(chǎn)生的環(huán)境碳排放主要與非生物損耗（AD）、空氣酸化（AA）、富營養(yǎng)化（EU）、全球變暖（GW）和光化學(xué)氧化（PO）有關(guān)。切花生產(chǎn)和運(yùn)輸中消耗的材料（建設(shè)材料、基質(zhì)、穴盤、育苗材料等）及栽培過程中消耗的材料（燃料、電、水、肥等）均與上面5 個因素相關(guān)，而切花采后儲藏控制和運(yùn)輸過程中造成的環(huán)境碳排放主要與AD、GW、AA、PO 等因素有關(guān)。根據(jù)已有報(bào)道，切花生產(chǎn)中是否加熱、冷藏時間長短等生產(chǎn)條件顯著影響環(huán)境碳排放。Abeliotis 等研究得出，希臘切花康乃馨在不加溫溫室生產(chǎn)中的碳排放量非常低，碳排放主要是由冷藏和運(yùn)輸中電能消耗造成（非生物損耗）；其生產(chǎn)過程中冷藏和運(yùn)輸過程碳排放占整個生產(chǎn)儲運(yùn)階段碳排放的60.8%～82.2%，而荷蘭切花康乃馨生產(chǎn)過程中肥料使用是造成的碳排放高的主要原因，最高可占全過程的83.3%［25］。與上述康乃馨上的研究結(jié)果相比，在荷蘭，溫室玫瑰生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響呈現(xiàn)完全不一樣的結(jié)果。同樣對于AD、AA、EU、GW 和PO 等5 個因素，氣候控制系統(tǒng)成為玫瑰生產(chǎn)碳排放的主要貢獻(xiàn)因子，占 整 個 過 程 的93.9%～98.6%［26］。Sahle 和Potting［27］研究了埃塞俄比亞21 個農(nóng)場玫瑰生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響，結(jié)果表明玫瑰生長階段對AD、AA、EU、GW、OD、HT、FAET、MAET、TE 和PO 貢獻(xiàn)多達(dá)75%～90%，采后的冷藏和運(yùn)輸對環(huán)境影響較小，僅占1%～30%。在玫瑰生長階段各因素中，肥料對環(huán)境的影響最大[25%（ET）～79%（MAET）]，其次是殺蟲劑。與Torrellase 等［26］在荷蘭玫瑰種植上的研究結(jié)果相比，Sahle 和Potting 的研究表明，在埃塞俄比亞玫瑰種植中生產(chǎn)投入、地區(qū)和種植方式等差異均會產(chǎn)生不同的環(huán)境碳排放。 Franze 和Giroth［28］利用LCA 方法分析了荷蘭和厄瓜多爾玫瑰種植過程對碳排放的影響。結(jié)果表明，除了OD 外，荷蘭玫瑰生產(chǎn)過程對其他環(huán)境碳排放影響因素的貢獻(xiàn)值均高于厄瓜多爾。在荷蘭，玫瑰種植生產(chǎn)中溫室能量消耗對GWP 影響因子的貢獻(xiàn)率為98.9%，是造成環(huán)境負(fù)面影響的主要因子，而在厄瓜多爾則為35%，為非主要環(huán)境影響因子。在其他環(huán)境影響因素方面，荷蘭玫瑰種植生產(chǎn)過程對AD、FAET、MAET和TE 等的貢獻(xiàn)均超過了90%，遠(yuǎn)高于厄瓜多爾。

同種類花卉在不同加熱條件、運(yùn)輸條件以及其他條件下，通過LCA 方法分析得出對環(huán)境碳排放的貢獻(xiàn)率（AD、AA、EU、GW、PO、OD、HT、FAET、MAET、TE 等影響因素）差異顯著［28-31］。在切花玫瑰的種植過程中，荷蘭切花玫瑰種植能量消耗（燃料和電）造成的碳排放占整個生命周期碳排放的95%以上，而在肯尼亞僅占2%［30］。在荷蘭與厄瓜多爾切花玫瑰種植過程中碳排放的對比研究中得到了類似的結(jié)果，荷蘭切花玫瑰種植過程對GW 因素的貢獻(xiàn)占據(jù)整個生命周期的80%，而厄瓜多爾僅有20%［28］。 不同地區(qū)切花玫瑰種植過程的總能量需求差異顯著，在哥倫比亞，每支玫瑰在加熱和不加熱溫室條件下平均每年的總能量消耗分別是14.51 MJ 和14.38 MJ，而在肯尼亞和荷蘭則分別是2.4 MJ 和20.2 MJ［31］。Bojacá 和Schrevens 的研究分析認(rèn)為花卉運(yùn)輸條件和加熱條件造成了以上結(jié)果的差異。每支切花玫瑰從哥倫比亞運(yùn)輸?shù)接哪昃哪芰繛?2.25 MJ，而從肯尼亞到英國僅為0.3 MJ；溫室加熱方面，每支玫瑰在荷蘭年均能耗高達(dá)19.9 MJ，而在哥倫比亞僅為0.51 MJ［31］。

通過生命周期評價(jià)方法分析得出，觀賞花卉在不同生長階段的溫室氣體總排放量同樣差異顯 著。Wandl 和Haberl［32］通 過 對18 個 觀 賞 植 物（切花和盆栽植物）不同階段碳排放的研究發(fā)現(xiàn)，加熱能耗是馬蹄蓮、風(fēng)信子、鳶尾和石蒜等花卉在種植過程中碳排放的最大影響因子，占據(jù)總排放量的87%。菊花和夏季切花產(chǎn)品種植過程加熱能耗對碳排放的影響較小。在二氧化碳總排放量方面，夏季和春季種植的花卉數(shù)值最低，隨后依次是菊花、小蒼蘭和毛茛。該研究還得出，18個觀賞植物的總GWP 范圍在1.3～2.6 kg CO2eq［32］。

2.2 觀賞盆栽植物中的應(yīng)用

根據(jù)已有研究可知［24］，觀賞盆栽植物生產(chǎn)過程對環(huán)境碳排放的影響包含以下方面：第一，花卉生產(chǎn)所需原材料如溫室建設(shè)材料、化學(xué)材料、肥料、堆肥、繁殖材料（種子，穴盤，生根苗和種球等）、草炭、蛭石、珍珠巖等生產(chǎn)和運(yùn)輸中所產(chǎn)生的碳排放；第二，花卉種植過程中的加熱能耗、用電能耗，灌溉、噴霧系統(tǒng)等水的消耗，殺蟲劑和肥料的使用產(chǎn)生的環(huán)境碳排放；第三，觀賞植物的包裝如套袋等產(chǎn)生的環(huán)境碳排放，特別是對于蝴蝶蘭、紅掌、一品紅等熱帶物種來說；第四，運(yùn)輸過程產(chǎn)生的環(huán)境碳排放，包括運(yùn)輸?shù)酱笮褪袌龌蛘呋ǖ?、園藝中心、超市等零售目的地或最終消費(fèi)端過程中的能量消耗對環(huán)境的影響。

地球變暖潛能（global warming potential，GWP）指標(biāo)是觀賞盆栽植物生命周期評價(jià)中一個重要指標(biāo)。Ingram 等［33］通過對溫室中生產(chǎn)的秋海棠研究得出，種植過程總GWP 與基質(zhì)、穴盤等材料和使用的機(jī)械設(shè)備有關(guān)，其測量值為0.1396 kg CO2eq。秋海棠生產(chǎn)過程中容器的使用和電能的消耗對GWP 參數(shù)的貢獻(xiàn)分別為30.8%和12.3%。在盆栽菊花生產(chǎn)的研究獲得了類似結(jié)果，盆栽菊花生產(chǎn)過程中總的GWP 數(shù)值為0.5552 kg CO2eq［33］，其中，44.8%為基質(zhì)所貢獻(xiàn)（基質(zhì)為60/40 的草炭/木纖維），26.4%的來自容器。在盆栽仙客來上，Russo 等［3］研 究 了2 個意大利溫室中仙客來種植過程對GWP 的貢獻(xiàn)情況，得出仙客來的幼苗期階段（繁殖和育苗）對GWP 的貢獻(xiàn)最大，原因是該過程需要加熱；其次是農(nóng)場的電能消耗。但是該研究還認(rèn)為，與環(huán)境有關(guān)的能源消耗比如電，能被可再生能源如風(fēng)能和太陽能所替代，因而類似電的能源消耗有改進(jìn)的潛力。類似的結(jié)果也被Bonaguro 等［34］在天竺葵生產(chǎn)上的研究所證實(shí)，因?yàn)樾枰訜嵘a(chǎn)的天竺葵，加熱對總GWP 貢獻(xiàn)占91.3%。

使用可替代能源能降低花卉生產(chǎn)中的碳排放。Soode 等對一品紅的生命周期進(jìn)行評價(jià)，發(fā)現(xiàn)生長階段利用的電能是GHG 排放中最大貢獻(xiàn)者，這一情況可以通過利用可再生能源比如木材廢棄物進(jìn)行改善。研究結(jié)果得出，與利用不可再生能源比如化石能源相比，當(dāng)利用木材廢棄物作為加熱資源生產(chǎn)一品紅時，生產(chǎn)過程對GWP 輸出貢獻(xiàn)會降低80%［35］。例如利用常規(guī)能源種植一品紅產(chǎn)生 的GWP 多達(dá)21 kg CO2eq［30］，但是當(dāng)利用木材廢棄物加熱時GWP 只有0.5921 kg CO2eq［35］。

在荷蘭，到目前為止，蝴蝶蘭是消耗能源最多的盆栽觀賞植物，幾乎所有的碳排放量（96.4%）與種植階段的能源投入有關(guān)［30］，這一研究結(jié)果得到Wandl 和Heberl［32］的 驗(yàn) 證。除 了 盆 栽 仙 客 來外，Wandl 和Heberl 還測定了其他8 種盆栽花卉，得出碳排放從多到少依次為石蒜、杜鵑花、一品紅、風(fēng)信子、天竺葵、報(bào)春花、鋪墊植物和堇菜。仙客來產(chǎn)生了5.5 kg CO2eq，該數(shù)值在該研究中高于平均值1.8 kg CO2eq［32］.

3 生命周期評價(jià)在國內(nèi)花卉應(yīng)用中的研究進(jìn)展

雖然近年來我國在大田作物玉米［36］，水稻［37］，小麥［38］及園藝作物上［39-41］已有不少生命周期評價(jià)方法相關(guān)研究報(bào)道，但國內(nèi)農(nóng)業(yè)LCA 評價(jià)研究整體上相對薄弱。楊印生等首次較為全面地介紹了農(nóng)業(yè)方面的生命周期評價(jià)方法，對其定義、階段步驟及相關(guān)技術(shù)體系進(jìn)行了全面的闡述，該報(bào)道針對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)一步分析了LCA 評價(jià)方法應(yīng)用的必要性和可能存在的問題，最后討論了開展生命周期評價(jià)研究對我國農(nóng)業(yè)的意義，并提出相應(yīng)的對策建議［42］。

我國花卉產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，但在國內(nèi)花卉的科研、生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)中，有關(guān)生命周期評價(jià)的研究鮮有報(bào)道。通過文獻(xiàn)檢索，國內(nèi)有關(guān)花卉生命周期評價(jià)的研究是曹淑雯基于生命周期理論研究了鮮切花供應(yīng)鏈碳足跡［43］。該研究利用LCA 評價(jià)法，首先界定了鮮切花供應(yīng)鏈的邊界，其次對供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)的碳排放值進(jìn)行了定量計(jì)算和比較分析，最后針對性地給出節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的方向性建議。在該研究中，鮮切花生命周期被界定為以下4 個階段：第一階段是鮮花種植及采收預(yù)冷；第二階段是鮮花運(yùn)輸；第三階段是鮮切花包裝銷售；第四個階段是消耗與腐損廢棄。作者利用相關(guān)農(nóng)資和能源的碳排放系數(shù)計(jì)算了鮮切花生命周期各階段的碳足跡，研究結(jié)果表明，鮮切花冷鏈碳足跡為1 120.015 kg，其中儲運(yùn)運(yùn)輸過程中的碳足跡707.0749 kg，占整體碳足跡的63.13%，比例最高，其次是包裝階段（21.32%），而生產(chǎn)階段的碳排放占比最低，僅有1.65%。根據(jù)以上結(jié)果分析，作者建議在低溫倉儲技術(shù)開發(fā)、研發(fā)節(jié)能型冷藏車、科學(xué)規(guī)劃運(yùn)輸路線、水肥一體化、無土栽培、綠色包裝、供應(yīng)鏈數(shù)字化升級等方面采用新技術(shù)、科學(xué)管理模式，加強(qiáng)信息化管理。

通過曹淑雯研究可以得出，中國花卉產(chǎn)業(yè)碳排放與其他國家和地區(qū)均有所差異，這種情況與國情、生產(chǎn)方式、區(qū)域差異等等均可能有關(guān)。因而為了更全面的反映我國花卉產(chǎn)業(yè)碳排放的全貌，包括不同區(qū)域、不同生產(chǎn)方式、不同運(yùn)輸儲藏方式、不同消費(fèi)方式的碳排放情況，需要有更多類似的研究來支撐。同時，也需要開展花卉生產(chǎn)對環(huán)境凈碳排放的研究，原因是當(dāng)前仍然不清楚國內(nèi)花卉產(chǎn)業(yè)整體的環(huán)境效益是正或負(fù)。

4 未來我國花卉產(chǎn)業(yè)開展生命周期評價(jià)研究的必要性和建議

花卉產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”環(huán)境發(fā)展理念的重要支撐，目前國內(nèi)缺乏花卉產(chǎn)業(yè)對環(huán)境影響的評價(jià)研究，不利于環(huán)境友好型花卉產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。加強(qiáng)利用生命周期評價(jià)方法開展環(huán)境影響評價(jià)有利于實(shí)現(xiàn)我國由花卉大國向花卉強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變及實(shí)現(xiàn)花卉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

為此，建議梳理我國花卉產(chǎn)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展現(xiàn)狀，摸清國內(nèi)花卉產(chǎn)業(yè)生命周期評價(jià)需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)節(jié)。其次，選定花卉產(chǎn)業(yè)中主要花卉開展生命周期評價(jià)研究。第三，加強(qiáng)國內(nèi)外、跨學(xué)科間的合作，利用生命周期評價(jià)方法因地制宜地開展國內(nèi)花卉產(chǎn)業(yè)可持續(xù)評價(jià)研究。第四，積極爭取政府政策和資金支持。