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業生命周期評估的受保護無土作物N2O排放  

來源: Journal of Cleaner Production, Volume 149, 2017, Pages 1118-1126

《清潔生產雜志》，第149卷，2017年，第1118-1126頁

 

摘要：  

論文摘要指出，由于人口增長和食品需求增加，需要低二氧化碳食物鏈生產系統以減少氣候變化影響。城市農業通過減少運輸距離、包裝和食物損失，有潛力降低間接二氧化碳排放，但密集型城市農業使用無土基質和合成氮肥可能導致N2O排放。目前缺乏針對無土作物的N2O排放因子研究，導致生命周期評估不準確。本研究通過在西班牙巴塞羅那大都會區的屋頂溫室中，使用開放室系統測量生菜作物的N2O排放，發現無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。將更準確的排放因子應用于番茄作物生命周期評估中，可使全球變暖潛能值減少7.5%。結果表明無土作物能減少N2O排放，強調需要制定標準方法用于無土作物的排放因子計算。  

 

研究目的：  

本研究旨在量化無土作物（如屋頂溫室中的生菜作物）的N2O排放，以提供更準確的排放因子，改進生命周期評估的精確性，從而促進城市農業的可持續發展，并減少溫室氣體排放的過高估計。  

 

研究思路：  

研究采用實驗方法，在集成屋頂溫室中設置開放室系統，使用珍珠巖基質種植生菜作物。通過控制氮肥供應（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導致的N2O排放。研究設計了開放室來模擬溫室環境，并驗證其代表性。測量包括N2O濃度、溫度、濕度、氮輸入輸出流量等，并進行氮平衡分析。最后，將實驗結果應用于現有番茄作物生命周期評估案例，比較不同排放因子的影響。  

 

 

測量的數據及研究意義：  

1. 測量了N2O濃度使用丹麥Unisense電極和氣體色譜法，數據來自Fig.4，顯示開放室內N2O濃度隨時間變化，峰值出現在中午高溫時。研究意義是能夠連續監測排放動態，捕捉溫度相關的變化，從而更準確量化排放因子，改進生命周期評估的輸入參數。  

 

2. 測量了溫度和濕度數據使用Campbell傳感器，研究意義是評估環境因素對N2O排放的影響，如高溫和高濕度促進反硝化過程，有助于理解排放機制。  

3. 測量了氮平衡數據包括灌溉氮輸入、淋溶氮輸出、作物固定氮和積累氮，數據來自Table 4，研究意義是通過計算氮流動，驗證施肥效率，顯示優化施肥可減少N2O排放和淋溶損失，為可持續農業實踐提供依據。  

 

4. 測量了淋溶物氮濃度使用色譜分析，數據來自實驗描述，研究意義是評估氮損失途徑，強調控制灌溉和施肥的重要性，以最小化環境影響。  

 

 

結論：  

研究得出無土作物（如珍珠巖基質生菜）的N2O排放因子較低，平均為0.00785 kg N2O per kg N，比IPCC方法低38%，表明無土作物能有效減少溫室氣體排放。使用更準確的排放因子在生命周期評估中可降低全球變暖潛能值估計，如番茄作物案例中減少0.06 kg CO2 eq. per kg。研究強調需要制定針對無土作物的標準排放因子方法，以改進環境評估精度，支持城市農業發展。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：  

使用丹麥Unisense電極進行連續N2O濃度監測，提供了高時間分辨率的數據，能夠捕捉排放的瞬時變化，如日間溫度升高導致的峰值。這種連續測量方法比點采樣更準確，避免了遺漏關鍵排放事件，例如施肥后的短期排放增加。研究意義在于，它增強了對無土作物排放動態的理解，揭示了環境因素（如溫度和濕度）對N2O生成的影響，從而為優化農業管理（如灌溉和施肥時機）提供科學依據，并提高了生命周期評估的可靠性，減少不確定性。