中文摘要：
本研究使用生命周期评价（LCA）对桃子生产进行环境分析，且引入多年的视角分析，以确定与果园产量和天气变化相关的环境影响的可变性。该研究分析了栽培期以及最初的果园建植（整地和种植）的影响。所使用的数据直接从果园收集，涵盖15年的实际生产。采用的功能单位为1kg桃子生产。根据桃树不同的生产阶段，考虑了四种阶段：生长、低产、高产、多年。研究结果表明，根据所考虑的生产阶段，根据环境指标，每千克桃的结果可能在7 %至69 %之间变化。
关键词：LCA；环境影响；综合水果生产；可持续农业
文 章 信 息
译名：多年生桃生产的生命周期评价
发表时间：2015年5月19日
期刊IF：9.7 (2024)
第一单位：西班牙巴塞罗那自治大学
通讯单位：西班牙巴塞罗那自治大学
文 章 亮 点
(1) 本工作基于多年视角分析；
(2) 包括初始果园建立的影响；
(3) 分析了与果园年产量相关的环境影响的变异性；
(4) 使用的数据直接从实际果园中获取。
文 章 简 介
1. 研究意义
由于集约化方法的增加，粮食生产已成为自然资源枯竭和气候变化的重要因素，为了促进环境友好型农业生产，农民必须确定其生产系统对环境影响的原因。
表1显示了一些关于水果生产对环境影响的文献，涵盖了对水果生产系统进行环境分析的所有方面，且优先考虑了农业阶段。大多数的研究只考虑了一个生产年份，而果园建立的初始阶段（土壤的准备和种植）不包括在内，且现有的研究主要集中在一个生产年，而水果作物种植园的寿命在20-60年不等。
本研究的目的是利用LCA计算西班牙东北部多年桃生产系统对环境的影响。研究数据是直接从试验果园获取，并考虑了16年的生产情况。
2.研究方法
2.1生命周期评价
结果根据ISO 14025制定的产品类别规则(PCR) 程序进行报告，考虑到研究的范围为水果，PCR模型为水果和坚果。本研究考虑了以下环境影响指标：气候变化(CCH )以kg CO2当量表示、臭氧消耗( ODP )以kg CFC - 11 当量表示、光化学氧化剂形成( PHO )以kg NMVOC表示、陆地酸化( TAC )以kg SO2当量表示、淡水富营养化( FEU )以kg P 当量表示、海洋富营养化( MEU)以kg N 当量表示、农业用地占用( ALO )以m2a表示、城市土地占用( ULO )用m2a表示、自然土地转化( NLT )用m2表示、耗水量( WDP )以m3表示、金属消耗( MDP )以kg Fe 当量表示、化石消耗( FDP )以kg 石油当量表示、生态毒性( Etox )在CTUe中表达、不可再生能源的需求( NRE )以MJ 当量表示。
2.2 功能单元
根据水果和坚果的PCR，并根据历年产量变化比较结果，选择了基于质量的功能单位，因此将功能单位(FU)定义为"生产1 kg桃"。考虑到果园的功能是生产，使用基于质量单位的FU也可反映季节变化，而基于公顷的功能单位可能会隐藏结果的变异性。
2.3 试验果园设计
所研究的示范种植园为蔷薇科李属的桃园，面积为1公顷，位于西班牙东北部。果树行间距为4*5米，共15排，每排20颗桃树，种植密度为每公顷300颗桃树。果园的平均产量为36148 kg ha-1±10%，第八年达到最高产量，为48350 kg ha-1，第二年产量最低(18745 kg ha-1)。
2.4 系统描述
本研究考虑的农业阶段为：土壤准备和种植、施肥、灌溉、病虫害管理、除草、修剪、收获，采摘后的措施（储存、加工、包、商业化）均不包括在内。图1为所研究的系统边界，不同的农业阶段涉及不同的管理任务。考虑到所研究系统的特点和所涉及的所有任务，在制定库存时考虑了以下投入：化肥的生产及其在田间的使用、病虫害防治物资的生产及其在田间的使用(杀菌剂和杀虫剂)、机械制造及其运输到果园的器具、水和能源的使用(灌溉水泵和投入品生产)。
2.5 清单
由于清单的数据涵盖了15年的实际生产情况，表2为研究中所考虑的清单。由于所选择的FU和所生产的水果重量有关，因此选择了与果树不同生产时期相关的四种不同生产阶段：生长期、低产、高产、多年期。生长阶段为第1-3年之间，此时果园开始生产水果，但尚未达到全面生产；低产阶段在第4-5年之间全面生产；高产阶段在第7年左右达到最高产量；多年期是指平均15年的产量。
3.结果与讨论
3.1 LCA结果
根据不同的生产阶段（生长、低产、高产、多年），环境影响存在30%-50%的显著差异。在所有影响类别中，高产阶段的影响相对百分比最低，因为在该阶段中实现了最大产量，由于生产的千克水果高于其它阶段（48350 kg ha-1），因而每千克桃的相关影响变得更低。在所有影响类别中生长期的相对百分比最高，由于生产的kg水果很低（18745 kg ha-1），因而每千克水果生产的影响最高
3.2 农业阶段影响的贡献
若根据生长期和低产阶段计算，所有农业阶段的每个FU影响更高，因为在这种阶段下生产的桃千克数更低。在水果和坚果PCR所需的影响类别中，结果存在以下差异：NRE 8-52%、GWP 11-50%、WDP 14-52%和Etox 12-69%（表3）。
在本研究考虑的所有农业阶段中，灌溉施肥是所有阶段下所研究的14个影响类别中10个贡献百分比最高的阶段，在WDP(生长期)中的最大贡献为99.93 %，在FDP(多年期)中的最小贡献为45.66 %。在剩余的4个影响类别中，病虫害治理的贡献最大，在Etox (生长期)中最大（为64.50 %），在ODP中最小（为47.22 %）。
若计算中不包括土壤准备和种植阶段 ，考虑到桃园的寿命为15年，且15年内土壤准备和种植只需完成一次，故总排放量的5%可忽略不计。生产果园幼苗的苗圃应被视为向果园输送嫁接植物的上游过程，在这一阶段的影响应包括在对水果生产系统的评估中，即使影响遍及整个果园的生命周期。但由于缺乏可用的试验数据，本研究未将其纳入。
3.3 影响的年度演变
从第1-4年，果园的产量并不高，因为果树正在趋于稳定，第5年开始全面生产，在6-12年之间果树达到稳产，在13-15年开始下降，直到第15年停止生产。
a) 不可再生能源（NRE）
生产1 kg 桃所需要的MJ在第二年较高，约为4 MJ kg-1，但从第2年开始每公顷果实产量开始增加，然后MJ kg-1下降，在第8年达到最小值，约为1.8MJ kg-1（在这一年达到最大产量），且输入的MJ ha-1与生产的kg成反比。在15年内，肥料是最大的贡献者，因为肥料的生产需要能量。在第2年，由于果树产量不高，需要少量施肥，故MJ kg-1最低。第8-10年是产量最高的时期，因此需要更多的施肥来促进果实生长，因此这个时期MJ ha-1消耗最高（6.5 E+04 MJ ha-1)。在10-12年间，MJ ha-1趋于稳定，因为此阶段随着桃的产量变得稳定，肥料消耗量也变得稳定。在14-15年，MJ ha-1减少，因为此时果园开始减产，水果产量下降，农业投入也随着减少（图3a）。
b) 气候变化(CCH)
对于生产1 kg桃子所排放的kg CO2 eq，第2年达到最大值0.37 kg CO2 eq kg-1,但从第2年开始产量增加，随后kg CO2 eq kg-1下降，在第8年达到最小值，约为0.16 kg CO2 eq kg-1。当果实产量开始稳时，每千克桃的kg CO2 eq 降低，然后趋于稳定。关于kg CO2 eq ha-1的值，在15年内，肥料是最大的贡献者，这主要是与它们的生产过程有关的高排放量。最大值在第8年，为6E+03 kg CO2 eq ha-1，这一年内需要更多的肥料投入来促进果实生长，且需要更多的机械及柴油投入来采摘生产的千克水果；相反，当施肥、机械和柴油投入较少时，最小值在第2年（3.5E+03 kg CO2eq ha-1)(图3b）。
c) 水资源枯竭(WDP)
生产1kg桃子所消耗的最大值的第2年(0.5 kg CO2eq kg-1),随着产量的增加，m3 kg-1减少，第8年最小（约0.2 kg CO2eq kg-1）。在15年中的WDP中，灌溉水贡献最大，最小的m3 ha-1在第2年，因为第2年是低灌溉的一年，果树需求量较小。第8年达到最大值，因为第8年需要大量灌溉来促进果实生长。在6-13年，由于产量趋于稳定，故m3 ha-1也趋于稳定。由于农业管理措施不变，在14-15年开始减少，因为此时产量和需水量降低（图3c）。
d) 生态毒性(Ecotox)
CTUe ha-1在第8年最大，此时需要更多的机械和柴油投入来采摘生产的千克水果；相反，最小值在第2年，因为此时水果产量较低，需要较少的机械和柴油投入（图3d）。
4. 结论
研究结果表明，当FU与质量单位相关时，根据影响指标的不同，使用不同的生产阶段可以使环境影响结果产生7%-69%的差异。在农业阶段贡献中，在所研究的所有影响类别中，灌溉和施肥的贡献最高，其次是害虫管理，这与化肥和农药的生产有重大关系。杂草刈割、修剪和采摘的影响主要是由于机械的使用，它们在栽培过程中的参与比灌溉和施肥更为零星。对于初始建园任务(整地与种植)，如果不将其纳入影响量化中，总排放量的5 %可能会被忽略。
Reference:
Elisabet Vinyes, Carles M. Gasol, Luis Asin, Simo Alegre, Pere Munoz, (2015).Life Cycle Assessment of multiyear peach production. Journal of Cleaner Production,104,68-79.
原文链接：
http://dx.doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.05.041
本期分享来自2023级草学专业硕士研究生石应来
