N2O emissions from protected soilless crops for more precise food and urban agriculture life cycle assessments  

用于更精確食品和城市農(nóng)業(yè)生命周期評(píng)估的受保護(hù)無(wú)土作物N2O排放  

來(lái)源: Journal of Cleaner Production, Volume 149, 2017, Pages 1118-1126

《清潔生產(chǎn)雜志》，第149卷，2017年，第1118-1126頁(yè)

 

摘要：  

論文摘要指出，由于人口增長(zhǎng)和食品需求增加，需要低二氧化碳食物鏈生產(chǎn)系統(tǒng)以減少氣候變化影響。城市農(nóng)業(yè)通過(guò)減少運(yùn)輸距離、包裝和食物損失，有潛力降低間接二氧化碳排放，但密集型城市農(nóng)業(yè)使用無(wú)土基質(zhì)和合成氮肥可能導(dǎo)致N2O排放。目前缺乏針對(duì)無(wú)土作物的N2O排放因子研究，導(dǎo)致生命周期評(píng)估不準(zhǔn)確。本研究通過(guò)在西班牙巴塞羅那大都會(huì)區(qū)的屋頂溫室中，使用開(kāi)放室系統(tǒng)測(cè)量生菜作物的N2O排放，發(fā)現(xiàn)無(wú)土作物的排放因子為0.0072-0.0085 kg N2O per kg N，比IPCC方法的0.0125 kg N2O per kg N低約一半。將更準(zhǔn)確的排放因子應(yīng)用于番茄作物生命周期評(píng)估中，可使全球變暖潛能值減少7.5%。結(jié)果表明無(wú)土作物能減少N2O排放，強(qiáng)調(diào)需要制定標(biāo)準(zhǔn)方法用于無(wú)土作物的排放因子計(jì)算。  

 

研究目的：  

本研究旨在量化無(wú)土作物（如屋頂溫室中的生菜作物）的N2O排放，以提供更準(zhǔn)確的排放因子，改進(jìn)生命周期評(píng)估的精確性，從而促進(jìn)城市農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并減少溫室氣體排放的過(guò)高估計(jì)。  

 

研究思路：  

研究采用實(shí)驗(yàn)方法，在集成屋頂溫室中設(shè)置開(kāi)放室系統(tǒng)，使用珍珠巖基質(zhì)種植生菜作物。通過(guò)控制氮肥供應(yīng)（以硝酸鹽形式提供）、pH值和灌溉條件，限制硝化和反硝化反應(yīng)導(dǎo)致的N2O排放。研究設(shè)計(jì)了開(kāi)放室來(lái)模擬溫室環(huán)境，并驗(yàn)證其代表性。測(cè)量包括N2O濃度、溫度、濕度、氮輸入輸出流量等，并進(jìn)行氮平衡分析。最后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)有番茄作物生命周期評(píng)估案例，比較不同排放因子的影響。  

 

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義：  

1. 測(cè)量了N2O濃度使用丹麥Unisense電極和氣體色譜法，數(shù)據(jù)來(lái)自Fig.4，顯示開(kāi)放室內(nèi)N2O濃度隨時(shí)間變化，峰值出現(xiàn)在中午高溫時(shí)。研究意義是能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)排放動(dòng)態(tài)，捕捉溫度相關(guān)的變化，從而更準(zhǔn)確量化排放因子，改進(jìn)生命周期評(píng)估的輸入?yún)?shù)。  

 

2. 測(cè)量了溫度和濕度數(shù)據(jù)使用Campbell傳感器，研究意義是評(píng)估環(huán)境因素對(duì)N2O排放的影響，如高溫和高濕度促進(jìn)反硝化過(guò)程，有助于理解排放機(jī)制。  

3. 測(cè)量了氮平衡數(shù)據(jù)包括灌溉氮輸入、淋溶氮輸出、作物固定氮和積累氮，數(shù)據(jù)來(lái)自Table 4，研究意義是通過(guò)計(jì)算氮流動(dòng)，驗(yàn)證施肥效率，顯示優(yōu)化施肥可減少N2O排放和淋溶損失，為可持續(xù)農(nóng)業(yè)實(shí)踐提供依據(jù)。  

 

4. 測(cè)量了淋溶物氮濃度使用色譜分析，數(shù)據(jù)來(lái)自實(shí)驗(yàn)描述，研究意義是評(píng)估氮損失途徑，強(qiáng)調(diào)控制灌溉和施肥的重要性，以最小化環(huán)境影響。  

 

 

結(jié)論：  

研究得出無(wú)土作物（如珍珠巖基質(zhì)生菜）的N2O排放因子較低，平均為0.00785 kg N2O per kg N，比IPCC方法低38%，表明無(wú)土作物能有效減少溫室氣體排放。使用更準(zhǔn)確的排放因子在生命周期評(píng)估中可降低全球變暖潛能值估計(jì)，如番茄作物案例中減少0.06 kg CO2 eq. per kg。研究強(qiáng)調(diào)需要制定針對(duì)無(wú)土作物的標(biāo)準(zhǔn)排放因子方法，以改進(jìn)環(huán)境評(píng)估精度，支持城市農(nóng)業(yè)發(fā)展。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義：  

使用丹麥Unisense電極進(jìn)行連續(xù)N2O濃度監(jiān)測(cè)，提供了高時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)，能夠捕捉排放的瞬時(shí)變化，如日間溫度升高導(dǎo)致的峰值。這種連續(xù)測(cè)量方法比點(diǎn)采樣更準(zhǔn)確，避免了遺漏關(guān)鍵排放事件，例如施肥后的短期排放增加。研究意義在于，它增強(qiáng)了對(duì)無(wú)土作物排放動(dòng)態(tài)的理解，揭示了環(huán)境因素（如溫度和濕度）對(duì)N2O生成的影響，從而為優(yōu)化農(nóng)業(yè)管理（如灌溉和施肥時(shí)機(jī)）提供科學(xué)依據(jù)，并提高了生命周期評(píng)估的可靠性，減少不確定性。