花卉產業中生命周期評價方法應用進展

劉景安

（北京市花木有限公司，北京 100044）

隨著中國提出將于2030 年實現碳達峰和2060 年實現碳中和的目標，碳排放問題已是各行業發展中必須面對的問題?；ɑ墚a業是生態友好型產業，但在生產、包裝、運輸和交易產業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］，如何綜合評價花卉產業的生態環境效益，是未來實現花卉產業可持續發展需要克服的一個關鍵問題。

生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）方法是當前普遍接受的可持續發展評價方式［3］，國外花卉產業生命周期評價方法應用研究開展較早。在21 世 紀 初，Russo 和De Lucia Zeller［4］已 利用LCA 評價方法對玫瑰和仙客來2 種花卉進行了環境影響評估。當前國外花卉產業生命周期評價研究雖然已不少，研究也相對系統，但總體上仍處于方興未艾的階段。

與世界花卉強國相比，中國在花卉產業生命周期評價方面的研究非常少，這與我國為世界花卉生產大國的地位不符，同時也不利于未來花卉產業的生態效益評價和可持續發展。本文針對當前國內外花卉產業生命周期評價方面的研究進展進行綜述，旨在為中國花卉產業可持續發展研究及產業發展提供參考。

1 生命周期評價概述

生命周期評價方法是當前由國際標準界定、被國際科學界廣泛接受，可以應用到包括農業在內的諸多領域的一種評價環境負擔的方法［5-6］。利用該方法可用于評價一個產品，或產品生產過程，或者產品從原材料、生產、加工、運輸及最終處置等整個過程對環境的影響［7-8］。

生命周期評價理論的應用可追溯到20 世紀60 年代，初始階段主要用作資源和環境的分析。20 世紀90 年代前，生命周期評價研究和應用發展比較緩慢，之后隨著對該方法進一步認知，其應用研究開始明顯增多。進入21 世紀后，生命周期評價方法在各行業得到廣泛應用，相關研究報道快速增加［9-12］，開始應用到觀賞園藝植物上［13-14］。

利用生命周期評價方法可以評價與環境有關的一系列影響因素：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 化（eutrophication，EU）［18］、光 化 學 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，FA）［21］、海 洋 生 態 毒 性（marine ecotoxicity ，MAET）［22］, 陸 地 生 態 毒 性（terrestrial ecotoxicity，TE）［22］, 碳 足跡（CO2footprint）［23］和水 足 跡（water footprint）［23］等。在觀賞植物生產過程中，生命周期評價可以用來評價觀賞植物生產中每個階段投入（能量和材料的投入）和輸出（如對大氣、土壤和水等影響）對環境的影響。

2 國外花卉產業中生命周期評價（LCA）應用研究進展

在國外花卉產業生命周期評價應用研究中，根據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 切花花卉中的應用

根據已有報道，整個切花生產過程對環境的影響包含以下4 個方面［24］：第一，溫室建設材料、化學材料、肥料、堆肥、水培基質和繁殖材料在生產和運輸過程中消耗的能量和產生的碳排放；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，運輸過程產生的環境影響，指的是花卉運輸到大型市場或者花店、園藝中心、超市等零售目的地或最終消費端過程中的能量消耗對環境的影響；第四，切花生產中所用的燃料、水、電、肥料、殺蟲劑等對環境的影響。

在切花生產和管理過程中，產生的環境碳排放主要與非生物損耗（AD）、空氣酸化（AA）、富營養化（EU）、全球變暖（GW）和光化學氧化（PO）有關。切花生產和運輸中消耗的材料（建設材料、基質、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，而切花采后儲藏控制和運輸過程中造成的環境碳排放主要與AD、GW、AA、PO 等因素有關。根據已有報道，切花生產中是否加熱、冷藏時間長短等生產條件顯著影響環境碳排放。Abeliotis 等研究得出，希臘切花康乃馨在不加溫溫室生產中的碳排放量非常低，碳排放主要是由冷藏和運輸中電能消耗造成（非生物損耗）；其生產過程中冷藏和運輸過程碳排放占整個生產儲運階段碳排放的60.8%～82.2%，而荷蘭切花康乃馨生產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果相比，在荷蘭，溫室玫瑰生產過程對環境的影響呈現完全不一樣的結果。同樣對于AD、AA、EU、GW 和PO 等5 個因素，氣候控制系統成為玫瑰生產碳排放的主要貢獻因子，占 整 個 過 程 的93.9%～98.6%［26］。Sahle 和Potting［27］研究了埃塞俄比亞21 個農場玫瑰生產過程對環境的影響，結果表明玫瑰生長階段對AD、AA、EU、GW、OD、HT、FAET、MAET、TE 和PO 貢獻多達75%～90%，采后的冷藏和運輸對環境影響較小，僅占1%～30%。在玫瑰生長階段各因素中，肥料對環境的影響最大[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果相比，Sahle 和Potting 的研究表明，在埃塞俄比亞玫瑰種植中生產投入、地區和種植方式等差異均會產生不同的環境碳排放。 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。結果表明，除了OD 外，荷蘭玫瑰生產過程對其他環境碳排放影響因素的貢獻值均高于厄瓜多爾。在荷蘭，玫瑰種植生產中溫室能量消耗對GWP 影響因子的貢獻率為98.9%，是造成環境負面影響的主要因子，而在厄瓜多爾則為35%，為非主要環境影響因子。在其他環境影響因素方面，荷蘭玫瑰種植生產過程對AD、FAET、MAET和TE 等的貢獻均超過了90%，遠高于厄瓜多爾。

同種類花卉在不同加熱條件、運輸條件以及其他條件下，通過LCA 方法分析得出對環境碳排放的貢獻率（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果，荷蘭切花玫瑰種植過程對GW 因素的貢獻占據整個生命周期的80%，而厄瓜多爾僅有20%［28］。 不同地區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 的研究分析認為花卉運輸條件和加熱條件造成了以上結果的差異。每支切花玫瑰從哥倫比亞運輸到英國的年均消耗能量為12.25 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19.9 MJ，而在哥倫比亞僅為0.51 MJ［31］。

通過生命周期評價方法分析得出，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現，加熱能耗是馬蹄蓮、風信子、鳶尾和石蒜等花卉在種植過程中碳排放的最大影響因子，占據總排放量的87%。菊花和夏季切花產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用

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

地球變暖潛能（global warming potential，GWP）指標是觀賞盆栽植物生命周期評價中一個重要指標。Ingram 等［33］通過對溫室中生產的秋海棠研究得出，種植過程總GWP 與基質、穴盤等材料和使用的機械設備有關，其測量值為0.1396 kg CO2eq。秋海棠生產過程中容器的使用和電能的消耗對GWP 參數的貢獻分別為30.8%和12.3%。在盆栽菊花生產的研究獲得了類似結果，盆栽菊花生產過程中總的GWP 數值為0.5552 kg CO2eq［33］，其中，44.8%為基質所貢獻（基質為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 的貢獻情況，得出仙客來的幼苗期階段（繁殖和育苗）對GWP 的貢獻最大，原因是該過程需要加熱；其次是農場的電能消耗。但是該研究還認為，與環境有關的能源消耗比如電，能被可再生能源如風能和太陽能所替代，因而類似電的能源消耗有改進的潛力。類似的結果也被Bonaguro 等［34］在天竺葵生產上的研究所證實，因為需要加熱生產的天竺葵，加熱對總GWP 貢獻占91.3%。

使用可替代能源能降低花卉生產中的碳排放。Soode 等對一品紅的生命周期進行評價，發現生長階段利用的電能是GHG 排放中最大貢獻者，這一情況可以通過利用可再生能源比如木材廢棄物進行改善。研究結果得出，與利用不可再生能源比如化石能源相比，當利用木材廢棄物作為加熱資源生產一品紅時，生產過程對GWP 輸出貢獻會降低80%［35］。例如利用常規能源種植一品紅產生 的GWP 多達21 kg CO2eq［30］，但是當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［30］，這一研究結果得到Wandl 和Heberl［32］的 驗 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、風信子、天竺葵、報春花、鋪墊植物和堇菜。仙客來產生了5.5 kg CO2eq，該數值在該研究中高于平均值1.8 kg CO2eq［32］.

3 生命周期評價在國內花卉應用中的研究進展

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方法相關研究報道，但國內農業LCA 評價研究整體上相對薄弱。楊印生等首次較為全面地介紹了農業方面的生命周期評價方法，對其定義、階段步驟及相關技術體系進行了全面的闡述，該報道針對我國農業生產實際進一步分析了LCA 評價方法應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研究對我國農業的意義，并提出相應的對策建議［42］。

我國花卉產業蓬勃發展，但在國內花卉的科研、生產及產業中，有關生命周期評價的研究鮮有報道。通過文獻檢索，國內有關花卉生命周期評價的研究是曹淑雯基于生命周期理論研究了鮮切花供應鏈碳足跡［43］。該研究利用LCA 評價法，首先界定了鮮切花供應鏈的邊界，其次對供應鏈各個環節的碳排放值進行了定量計算和比較分析，最后針對性地給出節能減排和環境保護的方向性建議。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冷；第二階段是鮮花運輸；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。作者利用相關農資和能源的碳排放系數計算了鮮切花生命周期各階段的碳足跡，研究結果表明，鮮切花冷鏈碳足跡為1 120.015 kg，其中儲運運輸過程中的碳足跡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%），而生產階段的碳排放占比最低，僅有1.65%。根據以上結果分析，作者建議在低溫倉儲技術開發、研發節能型冷藏車、科學規劃運輸路線、水肥一體化、無土栽培、綠色包裝、供應鏈數字化升級等方面采用新技術、科學管理模式，加強信息化管理。

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

4 未來我國花卉產業開展生命周期評價研究的必要性和建議

花卉產業是實現“綠水青山就是金山銀山”環境發展理念的重要支撐，目前國內缺乏花卉產業對環境影響的評價研究，不利于環境友好型花卉產業的全面發展。加強利用生命周期評價方法開展環境影響評價有利于實現我國由花卉大國向花卉強國的轉變及實現花卉產業的可持續發展。

為此，建議梳理我國花卉產業全產業鏈的發展現狀，摸清國內花卉產業生命周期評價需要重點關注的環節。其次，選定花卉產業中主要花卉開展生命周期評價研究。第三，加強國內外、跨學科間的合作，利用生命周期評價方法因地制宜地開展國內花卉產業可持續評價研究。第四，積極爭取政府政策和資金支持。