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一年四季在受控条件下的温室中种植的新鲜蔬菜的供应引起了人们对其对环境影响的关注。在像挪威这样的高纬度国家，温室蔬菜生产需要大量的热能和光能，尤其是在冬天。
水力发电等可再生能源的使用及其对环境的影响尚未得到充分的记录。不同的生产策略对环境的影响也没有大量的研究。
对3月中旬至10月中旬(季节性生产)、1月20日至11月20日(延长季节性生产)以及从原料提取到农场大门的全年生产进行了生命周期评估(LCA)。
三个生产季节和六个温室设计，一个在挪威西南部，一个在挪威北部。使用SimaPro软件计算环境影响。
在三个生产季节中，挪威西南部在全年生产期间观察到最低的全球变暖(GW)潜势(每1公斤西红柿600克二氧化碳当量)，而挪威北部在季节性生产期间观察到最高的GW潜势(每1公斤西红柿3100克二氧化碳当量)。
人工照明(HPS(高压钠)或LED(发光二极管))的选择，加热系统和生产季节对环境影响有相当大的影响。此外，从季节性生产到全年生产，包括GW潜力、陆地酸化和化石资源稀缺性在内的大多数影响类别都有显著减少。
总体而言，在评估的生产类型中，挪威西南部的全年生产对环境影响最小。使用天然气和电力的温室加热是大多数影响类别中最大的贡献者。在延长的季节性和全年生产中使用电热泵和LED灯都减少了对环境的影响。然而，电替代天然气虽然降低了GW势，却增加了生态毒性势。
一、温室环境下番茄的表现
在挪威，西红柿是一种主要的温室作物。与进口番茄相比，挪威市场对当地生产的番茄有明显的偏好。根据官方数据，挪威在2021年共进口了24113吨西红柿，其中约88%是从西班牙和荷兰进口的，12720吨是国内生产的。
在北纬国家，如挪威，温室消耗大量的热量，通常来自化石燃料，以及用于照明的电力，特别是由于冬季缺少光和热。2018年，挪威商业温室共消耗约0.56太瓦时的能源，主要用于供暖和照明。几项研究表明，在温室生产中，供暖在很大程度上由天然气提供，对环境的影响最大，是全球变暖的主要原因。
挪威的最新研究表明，商业温室番茄生产中约95%的温室气体排放与能源使用有关。此外，人工CO2施肥产生的排放量较小。
总的来说，天然气的使用，包括天然气和丙烷的加热和二氧化碳施肥，几乎占温室气体排放的93%，而只有2%的温室气体排放是由于使用水力发电。
欧洲国家和公民对气候变化的影响越来越了解，大约92%的欧洲公民认为，到2050年，温室气体排放应该减少，欧盟经济应该实现碳中和。
为此，挪威生产的一些可再生电力是世界上最多的，主要是水力发电，它只排放少量的温室气体，创造了用水力发电取代温室部门化石燃料的可能性。
多项研究通过使用生命周期评估(LCA)技术评估了温室和田间番茄生产对环境的影响和权衡。其中一些工作侧重于计算多隧道室内全年番茄生产的环境影响，包括非生物枯竭、酸化、富营养化、全球变暖和光化学氧化，而另一些工作则研究了露天田和温室番茄生产对环境的影响，并比较了不同类型的肥料。
对三种不同的番茄生产系统进行环境影响评估，包括土壤栽培和开放式和封闭式水培系统，并分析了三种不同的废物管理方案，得出生物可降解物质堆肥是管理生物质废物的最佳方式。
人们对供暖系统对环境的影响也越来越感兴趣，一些作品还侧重于分析温室有机农业的能源使用和相关温室气体排放。西班牙、法国、意大利条件下的其他当地具体研究表明，高科技、无土壤的加热温室生产比未加热的隧道和温室产生更大的影响。
研究发现，温室的供暖需求几乎占挪威温室气体排放总量的93%。得出结论，尽管由于使用沼气的温室系统中使用了更多的钢和钢筋混凝土，温室结构产生的GWP高于标准温室在季节性和全年生产期间的GWP，但与生产阶段相关的低排放意味着前者系统的累积排放量低于标准生产系统。
研究还表明，对于挪威气候相对温和的西南部来说，具有高经济效益和低能源使用的温室生产是可能的。但对于挪威北部来说，这种经济上有利和节能的生产是不可能的。因此，可以预期不同的生产策略对环境的影响也可能不同。
二、 不同生产中番茄的生命周期
在对挪威两个不同地点不同生产策略下的番茄生产进行LCA分析。这些设计先前已被证明具有经济效益或与季节性低能耗相关，并延长了季节性和全年生产。
研究结果表明，即使在一个国家内，生产策略的选择，包括补充照明的使用，供暖系统的选择和生产季节，对最终生产的环境影响有着巨大的影响。此外，在三个生产季节和选定地点，某些产生高NFR的设计也导致了低环境影响，这一事实表明，经济盈利能力可以与低环境影响结合起来实现。
正如预期的那样，我们的结果表明，在典型的挪威系统中，温室番茄生产的最大环境负担来自用于加热温室的大量天然气。电力使用、结构、肥料和包装等其他因素也是重要的影响因素，但在大多数环境影响类别中，它们在相对程度上被加热所超越。这与挪威温室番茄生产的类似研究结果相当和包括加拿大在内的其他高纬度地区和瑞典。
本研究选择1公斤番茄作为FU，这是番茄产量的常用计量单位。选择这一FU的一个原因是可以方便地与其他与温室生产相关的研究进行比较。
本研究假设生产的是普通的圆形番茄。在欧洲各地的温室里，这种番茄的产量相当可观。事实上，这种番茄的地理生产范围如此之大，包括几个欧洲国家以及世界其他地区，这意味着本研究的结果从国际角度来看具有高度相关性。
将我们的研究结果与其他研究设计的结果进行比较，可以帮助确定温室番茄生产在不同气候条件、地区和温室类型下的不同配置对环境的利弊。
这种结果的比较还需要考虑在LCA计算中已经考虑过的系统边界。在本研究中，设置了一个系统边界，包括从原料提取到农场大门的所有过程。因此，没有考虑从农场到消费者的运输，也没有考虑在运输阶段可能发生的后续损失。
与系统边界有关的另一个方面是所考虑的各类排放的截止标准。例如，在我们的研究中，我们没有包括与灌溉用水有关的生物源排放，因为在挪威，水不是有限的资源，而且排水通常是循环利用的。我们的研究还忽略了生物源排放，包括潜在的营养物浸出以及基材(岩棉)向空气中的N2O和NH3排放，因为包裹在塑料中的岩棉的N2O排放与管理土壤的N2O排放有很大不同。
研究结果表明，虽然在季节性和延长的季节性生产周期中，当天然气被电力取代时，大多数影响类别都大幅减少，但检测到陆地，淡水和海洋生态毒性增加。然而，在全年生产季节，改变了陆地、淡水和海洋生态毒性增加的趋势，使所有影响类别的总体减少。
这可以用以下事实来解释:在季节性和延长季节生产期间以及在每个季节的设计范围内，电力和天然气的使用增加，导致陆地、淡水和海洋生态毒性的潜在增加，其中电力是最大的贡献因素。
三、电力对番茄生产的两面性
然而，在全年生产中，当LED取代传统的HPS作为顶灯，并与电热泵的使用相结合时，可以看到陆地、淡水和海洋生态毒性潜力的减少。这可以用以下事实来解释:在典型的玻璃温室中，加热需求约占陆地生态毒性潜力的76-82%。
此外，HPS灯中的汞也被证明是陆地生态毒性的一个重要因素。但使用LED灯对环境的影响比HPS低，并且有助于节约能源。
这进一步表明，在挪威等寒冷气候地区，从经济盈利能力和环境可持续性方面来看，改用全年温室番茄生产可以产生更好的结果。从季节性到延长和全年季节的环境影响的减少可以进一步解释如下原因:在季节性生产中，带有夜间屏幕的设计，使用更高水平的能源，有更高的产量。
全年生产季节中，具有昼夜屏幕和电热泵的设计具有更高的节能水平和高产量，且使用人工照明和电热泵具有双重效果，不仅增加了产量，而且由于灯光产生的热量减少了化石燃料的使用。
先前的研究表明，温室供暖的必要性，特别是在较冷的气候条件下，以及随后对包括石油和天然气在内的化石燃料的依赖，使得进口西红柿比本地生产的西红柿更好。然而，研究表明，在不同研究的条件下，从碳和能源的角度来看，进口西红柿表现更好，但从淡水资源的角度来看，法国条件下当地生产的西红柿更好。
此外，挪威中部生物燃料热电联产加热的温室番茄生产在研究的所有影响类别中都比从西班牙进口的露天番茄在环境方面表现更好，包括全球变暖潜势、非生物耗竭潜势、酸化、富营养化和臭氧层耗竭。
虽然研究没有包括与进口番茄的环境影响的比较，但我们的结果表明，对于挪威的温室番茄生产，全年生产的环境影响远低于季节性和延长季节性生产。
总的来说，我们的研究结果表明，了解挪威和其他国家进口和本地生产的西红柿之间的差异，将有利于进一步比较进口和本地生产的西红柿，其中包括不同的设计和生产周期。这种比较还应包括所有包括的生产类型、其他库存数据和假设的相同系统边界。
尽管如此，在三个生产季节，电力使用的增加导致了全球变暖可能性的降低与陆地、淡水和海洋生态毒性可能性的增加之间的权衡，尽管所有其他影响类别在全年生产期间总体上有所减少。此外，在同一生产周期内，不同设计之间的所有影响类别总体上都有所减少。这在评估温室番茄生产的环境影响和经济效益方面提出了挑战。
很难说陆地、淡水和海洋生态毒性的增加与温室气体排放或其他类别的增加相比意味着什么，因为没有进行标准化或加权。无论生产周期如何，与不同能源对环境的影响和蔬菜对环境的影响有关的问题是复杂的，并突出了与食品影响类别比较有关的关键问题。
四、结论
在本研究中，对温室番茄生产进行了LCA分析，包括从原料提取到农场大门的过程，作为三个生产周期的系统边界，选择了一些设计策略和挪威的两个地点。
研究表明，从季节性生产到长期生产和全年生产，大多数影响类别都有显著减少，这表明挪威西南部的全年温室番茄生产对所有评估类别的影响都低于挪威北部的番茄生产。温室因使用天然气和电力而产生的供暖需求是造成大多数影响类别的最大因素。
尽管在长期和全年生产中使用比化石燃料更高水平的电力减少了大多数影响类别，但其对陆地、淡水和海洋生态毒性的贡献非常大。
参考文献：
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- Naseer, M., Persson, T., Righini, I., Stanghellini, C., Maessen, H., Ruoff, P., Verheul, M.J., 2022. Bioeconomic evaluation of extended season and year-round tomato
- Russo, G., Scarascia Mugnozza, G., 2005. LCA methodology applied to various typology of greenhouses. Acta Hortic. 691, 837–844.