儲霞玲，鄭林秀，葉高松，陳俊秋

（廣東省農業(yè)科學院蔬菜研究所，廣東省蔬菜新技術研究重點實驗室，廣州粵港澳大灣區(qū)菜籃子研究院，廣州510640）

農業(yè)“靠天吃飯”，是對氣候變化最敏感的產業(yè)，也是溫室氣體的主要貢獻者。聯(lián)合國氣候變化框架公約（UNFCCC）2019 年發(fā)布的《氣候行動與支持趨勢》（Climate Action and Support Trends）報告顯示，來自農業(yè)部門的溫室氣體排放量占全球總溫室氣體排放量的13%。我國是農業(yè)大國，來自農地生產過程及農地利用變化過程的溫室氣體排放量占全國排放總量的17%，高于全球平均水平[1]，且1980—2020 年增長了近46%[2]。中國于2016 年簽署了應對氣候變化減少碳排放的《巴黎協(xié)定》，并于2020 年正式提出了2030 年“碳達峰”和2060 年“碳中和”的“雙碳”目標。該目標的實現(xiàn)離不開農業(yè)的深度參與。

蔬菜是除糧食作物以外種植最廣泛、經濟地位最高的作物。我國是世界上最大的蔬菜生產國，2021年，蔬菜播種面積約為2 187.22 萬hm2，產量達77 549萬t[3]。大部分蔬菜是淺根系作物，養(yǎng)分吸收能力弱，需要較高的養(yǎng)分投入[4]。因此，定量測算我國蔬菜生產過程中的溫室氣體排放尤為重要。不少學者將生命周期評價（LCA）方法應用于蔬菜生產，研究主要集中于以下幾個方面：定量化研究大區(qū)域或特定區(qū)域整個蔬菜產業(yè)的溫室氣體排放[5-6]；研究特定區(qū)域和特定作物生產系統(tǒng)的環(huán)境代價[7-11]；在特定區(qū)域內，比較不同蔬菜種類[12-16]、不同施肥管理措施[17]、不同栽培方式[18-23]下，溫室氣體排放等環(huán)境代價差異性；明確各投入環(huán)節(jié)對蔬菜溫室氣體排放的貢獻率[24-25]。這些研究的研究區(qū)域大部分集中在歐洲，如西班牙、伊朗、意大利等；研究種類主要有番茄、黃瓜、辣椒、生菜、萵苣、茄子等；設施栽培系統(tǒng)是研究的焦點，而露地蔬菜栽培系統(tǒng)研究較少；大部分研究表明肥料（尤其是化肥）、溫室結構材料是蔬菜生產系統(tǒng)溫室氣體排放的主要來源。

番茄是除洋蔥、土豆外的三大世界性貿易蔬菜之一，在全球蔬菜貿易中占有重要地位。2020 年，全球番茄種植面積達505.5 萬hm2，總產量為18 205 萬t。我國是全球番茄生產第一大國。據行業(yè)統(tǒng)計數據，2021 年，我國番茄種植面積為111.3 萬hm2，產量為6 609 萬t，占全球番茄產量的1/3。其中，番茄設施栽培位居我國設施栽培播種面積第一位，設施面積占番茄總面積的57.2%。因此，定量研究番茄的溫室氣體排放及固碳效果具有較好代表性。國內外學者對番茄溫室氣體排放研究比較豐富，涉及設施、露地番茄生產系統(tǒng)溫室氣體排放及其比較、不同種植方式（有機、傳統(tǒng)）下番茄生產系統(tǒng)溫室氣體排放、番茄生產碳足跡年間和年內變化等。針對設施番茄，國外學者Bojacá 等[8]、Payen 等[26]研究了哥倫比亞高里卡托省日光溫室大棚番茄、摩洛哥設施番茄生產系統(tǒng)的環(huán)境代價，國內學者王效琴等[9]、He 等[20]、郭金花[10]分別研究了西安郊區(qū)設施番茄生產的環(huán)境代價、北京郊區(qū)有機和無機溫室番茄生產的環(huán)境代價比較、北京和山東壽光的設施番茄生產系統(tǒng)的溫室氣體排放比較。針對露地番茄，Pishgar-Komleh 等[25]發(fā)現(xiàn)伊朗露地番茄生產的溫室氣體排放主要來源是材料和能源使用，張芬等[16]發(fā)現(xiàn)4 種典型露地蔬菜（番茄、黃瓜、大白菜和蘿卜）生產中，番茄的凈溫室氣體排放量最高，且排放空間差異大。針對露地、設施番茄比較，Ntinas 等[27]、Maureira等[28]均發(fā)現(xiàn)，相比設施種植，露地番茄種植的溫室氣體排放、能源用量較低，而供應給悉尼的番茄碳足跡和水足跡取決于季節(jié)和生產系統(tǒng)類型，將番茄運往市場是大田生產的碳足跡熱點，而人工加熱是溫室系統(tǒng)的主要碳排放來源[29]。不同種植方式下，Ronga等[23]對意大利南部的研究表明，對每噸番茄生產而言，有機種植系統(tǒng)的碳排放比傳統(tǒng)種植系統(tǒng)高22%，對每公頃番茄生產而言，有機種植系統(tǒng)的碳排放比傳統(tǒng)種植系統(tǒng)低40%。縱向比較看，西班牙和葡萄牙埃斯特雷馬杜拉地區(qū)的露地番茄生產碳足跡年內有20%的變化、年間有28%的變化[30]。

可見，當前國外對番茄環(huán)境代價的研究較多，國內相對較少；對設施番茄研究較多，對露地番茄研究較少；對設施、露地番茄生產的比較研究，國外研究多，國內尚未發(fā)現(xiàn)。由于不同栽培方式下化肥、農藥、農膜等投入不同，產量及效益也會有所差異，從而會造成溫室氣體排放有所不同。且我國各省份由于土壤、氣候等生態(tài)條件和管理措施（肥料投入等）差異，不同區(qū)域番茄生產系統(tǒng)的環(huán)境代價差異顯著[10]。因此，研究比較我國不同栽培方式下、不同省份番茄的溫室氣體排放及碳評價差異，對我國番茄生產方式選擇、調整全國蔬菜種植業(yè)布局、減少區(qū)域間環(huán)境代價具有一定的指導意義。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

在本研究的溫室氣體相關指標基本數據中，露地和設施番茄的單位面積產量、產值，農業(yè)生產過程中勞動力投入、化肥施用量、廄肥施用量、農藥投入、農膜投入及柴油消耗等數據來自《全國農產品成本收益資料匯編—2020》。其中，柴油費用通過公式計算得出[31]：柴油費用=（機械作業(yè)費+排灌費-水費）×21%+燃料動力費，柴油單價數據來源于我國油價網數據庫。數據年份是2019 年，研究范圍涵蓋全國23 個露地番茄生產省份和21個設施番茄生產省份。

1.2 研究方法

1.2.1 確定系統(tǒng)邊界和溫室氣體

本研究的系統(tǒng)邊界設置為番茄生產系統(tǒng)，包括露地和設施番茄生產中物資、人力等投入到收獲的過程。根據劉巽浩等[32]的全環(huán)式路徑的溫室氣體界定標準，番茄生產系統(tǒng)的凈溫室氣體平衡公式為：

式中：ΔGHG為空氣中溫室氣體增減量；GWPNPP為凈初級生產率（包括籽粒和秸稈殘茬根系）的增溫潛勢；GWPSOC為土壤有機碳的增溫潛勢（此項短期試驗可忽略）；GWPSOILEXPORT指土壤排放CO2（主要是秸稈還田）、N2O（主要決定于施N 量）、CH4（非稻田可忽略）的增溫潛勢；GWPINPUT指間接投入的增溫潛勢（包括機、油、電、化肥、農藥、廄肥、人畜力等）。

本研究為番茄生產系統(tǒng)，為非稻田且不考慮秸稈還田，土壤有機碳的增溫潛勢在短期內可忽略。根據上述公式及說明，本研究不考慮土壤有機碳的增溫潛勢、土壤排放的CO2和CH4，主要關注柴油燃燒、人工和糞便自然堆放產生的直接碳排放，化肥、農藥和農膜生產過程中的間接碳排放，施N 引起的土壤N2O 排放，以及番茄通過凈初級生產力產生的碳固定。選取單位面積（每公頃）為系統(tǒng)評價單元。

1.2.2 計算方法

參考劉巽浩等[32]的研究方法，構建番茄生產系統(tǒng)溫室氣體排放、碳固定和凈溫室氣體排放的計算公式。

（1）溫室氣體排放（GHGE）

式中：GHGE表示生產1 hm2番茄產生的溫室氣體排放量，kg CO2e·hm-2；Ci表示生產1 hm2番茄時資源投入產生的溫室氣體排放量，kg CO2e·hm-2；Nt表示在農作物生長過程中由N 肥施用造成的N2O 排放總量，kg·hm-2，分為N2O 直接排放和間接排放；44/28 是將N2O-N 轉化成N2O 的系數；265 表示N2O 的100 a 全球增溫潛勢[33]。AIi表示資源i（肥料、農膜、農藥、柴油、人工）的投入量，EFi表示資源i的溫室氣體排放參數，如表1所示。

表1 各投入環(huán)節(jié)溫室氣體排放參數Table 1 Greenhouse gas emission parameters of different inputs

式（3）～式（6）參考王孝忠等[34-36]基于Meta-analysis 建立的我國露地蔬菜系統(tǒng)氮素損失模型，Nd表示N2O直接排放，Nid表示N2O間接排放，Nv表示N2O間接排放中的NH3揮發(fā)性排放，Nl表示N2O 間接排放中的淋洗相關排放，N表示施N 量，1.0%和2.5%分別表示與NH3揮發(fā)和淋洗相關的N2O 間接排放系數[37]。

（2）碳固定（CS）

式中：CS表示生產1 hm2番茄固定的碳，kg CO2e·hm-2；CSNPP表示番茄通過凈初級生產力固定的碳，kg CO2e·hm-2；Yw表示經濟產量（鮮質量），kg·hm-2；Cf、W、H分別表示番茄的碳吸收率、含水量和經濟系數，分別取值0.45 kg CO2e·kg-1、90%和0.60[38]。

（3）凈溫室氣體排放（NGHGE）

式中：NGHGE表示生產1 hm2番茄的凈溫室氣體排放，kg CO2e·hm-2。NGHGE為正值時代表此系統(tǒng)為溫室氣體的源，反之則為匯。

1.2.3 環(huán)境評價指標

本研究選擇土地碳強度、碳生態(tài)效率、碳生產效率和碳經濟效率4 項指標對番茄生產系統(tǒng)的碳足跡進行評價。

（1）土地碳強度，表示單位作物種植面積上產生的碳排放，計算公式如下：

式中：ρ為土地碳強度，kg CO2e·m-2；H為土地面積，m2。ρ越大，說明該生產系統(tǒng)使用單位土地所產生的溫室氣體排放越多，反之越少。

（2）碳生態(tài)效率，是指作物在生產過程中產生的光合作用碳匯與溫室氣體排放的比值，是評估農業(yè)生產可持續(xù)性的指標之一[39]。碳生態(tài)效率計算公式如下：

式中：?C為碳生態(tài)效率，為無量綱性指標。0≤?C＜1，說明番茄生產中的溫室氣體排放大于光合作用碳匯，數值越接近0 說明該生產系統(tǒng)的可持續(xù)性越低；?C=1，說明番茄生產中的溫室氣體排放等于光合作用碳匯，該生產系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境是中性的；?C＞1，則說明番茄生產中的溫室氣體排放小于光合作用碳匯，該生產系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境產生正的外部性，數值越大說明該生產系統(tǒng)的可持續(xù)性越高。

（3）碳生產效率，是指經濟產量與溫室氣體排放的比值，是衡量作物生產系統(tǒng)每1 單位的溫室氣體排放所產生的經濟產量的效率指標。根據上述定義，碳生產效率的計算公式可表示為：

式中：?Y為碳生產效率，kg·kg-1CO2e；Y為經濟產量，kg·hm-2。?Y越大，說明該生產系統(tǒng)單位溫室氣體排放產生的經濟產量越高。

（4）碳經濟效率，是指總產值與溫室氣體排放的比值，可衡量作物生產系統(tǒng)每1 單位溫室氣體排放所帶來的經濟效益。根據上述定義，可將碳經濟效率的計算公式表示為：

式中：?I為碳經濟效率，元·kg-1CO2e；I為總產值，元。?I越大，說明該生產系統(tǒng)單位溫室氣體排放產生的經濟效益越高。

2 結果與分析

2.1 露地、設施番茄生產的溫室氣體排放及評價總體比較

我國番茄露地、設施栽培方式下每公頃種植面積上的溫室氣體排放及組成、碳固定、凈排放、碳評價等結果見表2。

表2 我國露地與設施番茄的溫室氣體排放特征及評價比較Table 2 Comparison of greenhouse gas emission characteristics and evaluation between open-field and facility-grown tomatoes in China

在露地栽培方式下，番茄生產系統(tǒng)的溫室氣體排放總量為4 630.09 kg CO2e·hm-2，各排放構成中，土壤N2O 排放占比最高，為32.07%，其余依次為化肥、柴油、農膜、人工、廄肥、農藥，其中由化肥（農資階段化肥投入和農作階段N 肥施用造成的土壤N2O 排放）產生的溫室氣體排放占比為56.05%，由肥料（化肥和廄肥）投入產生的溫室氣體排放占比為62.31%，說明肥料是露地番茄生產的主要溫室氣體排放源，人工、柴油、農膜、農藥產生的溫室氣體排放占比為37.69%。露地番茄光合作用碳匯為6 289.76 kg CO2e·hm-2，大于溫室氣體排放量，凈溫室氣體排放為-1 659.67 kg CO2e·hm-2；碳生態(tài)效率為1.36，說明露地番茄生產系統(tǒng)每產生1 單位的溫室氣體，光合作用形成的碳匯為1.36單位。凈溫室氣體排放為負，碳生態(tài)效率大于1，說明露地番茄碳生產對生態(tài)環(huán)境具有正外部性。土地碳強度為0.46 kg CO2e·m-2，說明露地番茄生產系統(tǒng)每1 m2種植面積上產生的溫室氣體為0.46 kg CO2e；碳生產效率、碳經濟效率分別為18.11 kg·kg-1CO2e 和36.37 元·kg-1CO2e，即露地番茄生產系統(tǒng)每排放1 kg CO2e溫室氣體，可獲得18.11 kg的經濟產量和36.37元的經濟效益。

在設施栽培方式下，每公頃番茄生產系統(tǒng)的溫室氣體排放總量為8 697.52 kg CO2e·hm-2，各排放構成中，農膜的占比最高，為36.51%，其次為土壤N2O 排放，由化肥（農資階段化肥投入和農作階段N肥施用造成的土壤N2O）產生的溫室氣體排放占比為36.99%，與農膜相當。設施番茄光合作用碳匯為5 586.51 kg CO2e·hm-2，小于溫室氣體排放量，凈溫室氣體排放為3 111.00 kg CO2e·hm-2；碳生態(tài)效率為0.64。凈溫室氣體排放為正，碳生態(tài)效率小于1，說明設施番茄碳生產對生態(tài)環(huán)境具有負外部性，可持續(xù)性低。土地碳強度為0.87 kg CO2e·m-2，說明設施番茄生產系統(tǒng)每1 m2種植面積上產生的溫室氣體為0.87 kg CO2e；碳生產效率、碳經濟效率分別8.56 kg·kg-1CO2e和31.59元·kg-1CO2e，即設施番茄生產系統(tǒng)每排放1 kg CO2e溫室氣體，可獲得8.56 kg的經濟產量和31.59元的經濟效益。

將露地和設施栽培方式下的番茄生產溫室氣體排放特征及碳評價指標進行比較發(fā)現(xiàn)，設施番茄溫室氣體碳排放總量顯著大于露地，比露地高87.85%；露地番茄的主要溫室氣體排放源為化肥，而設施番茄的主要溫室氣體排放源為農膜和化肥；露地番茄的凈溫室氣體排放為負、碳生態(tài)效率大于1，對生態(tài)環(huán)境具有正外部性；設施番茄的凈溫室氣體排放為正、碳生態(tài)效率小于1，具有負環(huán)境外部性，主要是由于產量較低導致碳固定低于露地（低11.18%），且農膜使用增多導致溫室氣體排放高于露地（高87.85%）；土地碳強度、碳生產效率、碳經濟效率方面，設施種植的可持續(xù)性均低于露地種植。

2.2 我國露地、設施番茄生產的溫室氣體排放及評價的空間特征

2.2.1 溫室氣體排放的空間特征

露地栽培方式下我國23 個省份每公頃番茄生產系統(tǒng)的溫室氣體排放空間分布如圖1（a）所示。各省份溫室氣體排放量介于2 849.24～7 524.61 kg CO2e·hm-2之間，最高的海南省是最低的黑龍江省的2.64倍，11 個省份的排放量在全國平均值以上，23 個省份可以分為4 個梯隊：第一梯隊包括黑龍江、北京、湖北3 個省份，溫室氣體排放量均小于3 000.00 kg CO2e·hm-2；第二梯隊包括江西、廣東、河北等11 個省份，溫室氣體排放量介于3 000.00～5 000.00 kg CO2e·hm-2；第三梯隊包括云南、江蘇、山東等8個省份，溫室氣體排放量介于5 000.01～7 000.00 kg CO2e·hm-2；第四梯隊為海南省，溫室氣體排放量最大。

圖1 每公頃露地、設施番茄生產的溫室氣體排放空間特征Figure 1 Spatial distribution of greenhouse gas emissions per hectare of open-field and facility-grown tomato production in China

設施栽培方式下我國21 個省份每公頃番茄生產系統(tǒng)的碳排放空間分布見圖1（b）。各省份溫室氣體排放量介于5 788.83～13 779.69 kg CO2e·hm-2之間，總體上顯著高于露地栽培方式。最高的山西是最低的寧夏的2.38 倍，7 個省份的排放量在全國平均值以上，21 個省份也可以分為4 個梯隊：第一梯隊包括寧夏、上海、內蒙古等7 個省份，溫室氣體排放量均小于7 000.00 kg CO2e·hm-2；第二梯隊包括北京、浙江、甘肅等7 個省份，溫室氣體排放量介于7 000.01～9 000.00 kg CO2e·hm-2；第三梯隊包括山東、吉林等5個省份，溫室氣體排放量介于9 000.01～11 000.00 kg CO2e·hm-2；第四梯隊包括黑龍江、陜西，溫室氣體排放量均大于11 000.00 kg CO2e·hm-2。

2.2.2 溫室氣體排放構成的空間特征

各省份露地番茄生產的溫室氣體排放構成如圖2 所示。各省份露地番茄生產的主要溫室氣體排放源均為化肥，包括農資階段化肥投入和農作階段N肥施用造成的土壤N2O 排放，兩者排放量在1 345.32～5 648.52 kg CO2e·hm-2之間，兩者占排放總量比例在35.30%～75.07%之間，空間差異均較大，23 個省份中有10 個省份兩者占比在60%以上。其次是柴油、農膜、人工、廄肥，各省份的溫室氣體排放量和占比均存在較大的空間差異，規(guī)律性不明顯。相較于其他構成，農藥的溫室氣體排放量較低，在10.76～207.63 kg CO2e·hm-2之間，其中，云南、海南、廣西等華南蔬菜主產區(qū)由于氣候高溫高濕導致病蟲害嚴重，農藥使用量相對較多，其溫室氣體排放量相對較大，占比也較高。

圖2 各省份露地番茄溫室氣體排放及構成Figure 2 Greenhouse gas emissions and main contributors of open-field tomato production in China

各省份設施番茄生產的溫室氣體排放構成見圖3。化肥方面，設施番茄農資階段化肥投入和農作階段N 肥施用造成的土壤N2O 排放的兩者排放量在933.77～4 640.47 kg CO2e·hm-2之間，兩者占排放總量比例在13.63%～55.59%之間，占比小于露地。農膜方面，由于設施栽培方式下農膜使用量顯著增加，呈現(xiàn)出與露地栽培的顯著不同，溫室氣體排放量普遍偏高，在1 658.40～6 434.59 kg CO2e·hm-2之間，成為設施番茄的主要溫室氣體排放源之一，最高占比為55.59%（安徽），最低占比也達到21.19%（新疆）。其次是柴油、人工、廄肥，與露地種植類似，呈明顯的空間差異且無明顯規(guī)律性。農藥的貢獻最小，大部分（19/21）省份的構成比例在1%以下。

圖3 各省份設施番茄溫室氣體排放及構成Figure 3 Greenhouse gas emissions and composition of facility-grown tomato production in China

將露地和設施番茄溫室氣體排放構成進行比較發(fā)現(xiàn)，兩種栽培方式下，各構成的省間差異均較大，存在空間分布不均衡性，表明各省份在番茄種植中，對投入品的使用存在顯著不同。大部分省份的露地栽培以化肥（農資階段化肥投入和農作階段N肥施用造成的土壤N2O 排放）為主要溫室氣體排放源，設施栽培則有所不同，化肥的貢獻小于露地，而農膜成為主要的溫室氣體排放源。

2.2.3 環(huán)境評價的空間特征

各省份露地、設施番茄生產系統(tǒng)的碳生態(tài)效率空間分布如圖4 所示。露地栽培方式下，我國番茄生產系統(tǒng)的碳生態(tài)效率在0.48～2.38 之間，河北最大、海南最?。缓颖?、寧夏、新疆等14 個省份的碳生態(tài)效率大于1，說明這14 個省份的溫室氣體排放小于碳固定，對環(huán)境具有正外部性；安徽、遼寧等9 個省份的碳生態(tài)效率小于1，具有負的環(huán)境外部性。如圖4（b）所示，設施栽培方式下的碳生態(tài)效率明顯小于露地栽培，處于0.48～1.31 之間，最高的寧夏不足露地生產的平均水平；只有寧夏、內蒙古的碳生態(tài)效率大于1，其余19個省份均小于1，說明大部分地區(qū)的設施番茄生產的環(huán)境外部性為負，其中黑龍江最小，為0.48。

圖4 露地、設施番茄生產的碳生態(tài)效率空間特征Figure 4 Spatial distribution of carbon ecological efficiency of open-field and facility-grown tomato production in China

各省份露地、設施番茄生產系統(tǒng)的碳生產效率空間分布如圖5 所示，其空間分布差異性與碳生態(tài)效率結果趨于一致。露地栽培方式下，我國番茄生產系統(tǒng)的碳生產效率在6.40～31.80 kg·kg-1CO2e 之間，河北最大、海南最小，省際之間相差近5 倍。設施栽培方式下的碳生產效率明顯小于露地栽培，處于6.38～17.53 kg·kg-1CO2e 之間，最高的寧夏不足露地生產的平均水平，黑龍江最小。說明無論是何種栽培方式，我國省際之間的番茄碳生產效率都存在顯著的差異。

圖5 露地、設施番茄生產的碳生產效率空間特征Figure 5 Spatial distribution of carbon production efficiency of open-field and facility-grown tomato production in China

各省份露地、設施番茄生產系統(tǒng)的碳經濟效率空間分布特征見圖6。露地栽培方式下，我國番茄生產系統(tǒng)的碳經濟效率在25.97～60.30 元·kg-1CO2e 之間，廣東、湖北、寧夏名列前三，海南、河南處于末兩位。與露地相比，除寧夏、遼寧、內蒙古外，其余省份（露地和設施栽培都有統(tǒng)計的地區(qū)）設施生產的碳經濟效率普遍偏低，處于17.74～56.33 元·kg-1CO2e 之間，寧夏最高，是最低的河南的3.18倍。

圖6 露地、設施番茄生產的碳經濟效率空間特征Figure 6 Spatial distribution of carbon economic efficiency of open-field and facility-grown tomato production in China

3 討論

3.1 我國露地、設施番茄生產溫室氣體排放

本研究結果表明，我國露地番茄生產系統(tǒng)的溫室氣體排放總量為4 630.09 kg CO2e·hm-2、溫室氣體排放產量強度為55.21 kg CO2e·t-1。與其他露地蔬菜相比，本結果均低于Zhang 等[6]測算的中國蔬菜生產的加權平均溫室氣體排放量（6 244 kg CO2e·hm-2）和強度（116 kg CO2e·t-1），是西班牙露地萵苣的3.5 倍、西班牙露地生菜的4.4 倍[40]，這主要是由于瓜果類露地蔬菜生育期較長、需肥量大，施氮量顯著高于葉菜類[16]；比西南露地辣椒高14%、比長江流域露地辣椒則低27.7%[34]，比張芬等[16]研究的4 種露地蔬菜（番茄、黃瓜、大白菜、蘿卜）均低。與前人露地番茄的研究相比，本研究得出的溫室氣體排放產量強度與西班牙露地番茄類似[27]，但卻遠低于伊朗的200 kg CO2e·t-1[25]，與張芬等[16]的研究結果相比，低39.7%。本研究發(fā)現(xiàn)，我國設施番茄生產系統(tǒng)的溫室氣體排放總量為8 697.52 kg CO2e·hm-2，分別是伊朗黃瓜的18.7%[13]、伊朗番茄的19%[13]、法國番茄的24.3%[41]，這主要是因為國外研究多將設施建造過程的溫室氣體排放納入總排放；與國內同類研究相比，本研究結果也遠低于He 等[20]對北京設施番茄（19 820 kg CO2e·hm-2）的研究結果，低于宋博等[42]對北京設施蔬菜（9 073.95 kg CO2e·hm-2）的研究結果。本研究得到設施番茄溫室氣體排放產量強度為116.77 kg CO2e·t-1，也低于郭金花[10]對北京設施番茄（379 kg CO2e·t-1）和山東壽光設施番茄（246 kg CO2e·t-1）的研究結果。本研究結果表明，我國設施番茄的溫室氣體排放總量顯著大于露地，比露地高87.85%，碳生態(tài)效率、土地碳強度、碳生產效率、碳經濟效率也均小于露地，設施種植的可持續(xù)性低于露地種植，這與Zhang 等[6]對我國設施、露地蔬菜生產的研究及Maureira 等[28]對美國華盛頓的研究結果一致。

3.2 我國露地、設施番茄生產溫室氣體排放與固定主要貢獻因子及節(jié)能減排措施分析

本研究結果表明，露地番茄的主要溫室氣體排放源為化肥（占56.05%），包括農作階段N 肥施用造成的土壤N2O 排放（占32.07%）和農資階段化肥投入（占23.98%），這與張芬等[16]對我國露地番茄的研究結果有所差異，其結果也表明，肥料是我國露地蔬菜生產中主要的溫室氣體排放源，但農資階段溫室氣體排放貢獻率比農作階段肥料施用的貢獻率更高。這主要是由于其選擇的N 肥排放系數（8.30 kg CO2e·kg-1）較高，本研究選擇常用的中國LCA 基礎數據庫（CLCD0.7）中的標準（1.526 kg CO2e·kg-1），導致計算得到的農資階段化肥溫室氣體排放量較小。本研究中，我國內蒙古、山東、陜西的露地番茄生產中N肥投入量高于武良[43]基于文獻匯總的番茄推薦施肥量（390 kg·hm-2），說明這3 個省份露地番茄生產還具有較大的減肥減排潛力。鑒于此，針對露地番茄種植，應從優(yōu)化N 肥用量、提高N 肥利用率等方面加強研究，以減少溫室氣體排放。設施番茄生產的溫室氣體排放構成中，農膜和化肥是主要排放源，占比分別為37.17%、36.99%，安徽、天津、遼寧3 個省份的農膜貢獻率在50%以上。因此，針對設施番茄生產，除了減少化肥使用量外，減少農膜的使用也是主要的減排措施。如應推廣使用增厚農膜，采取合理的農藝措施，加大農膜回收支持力度，以增加農膜的重復使用率，相對減少農膜用量。

3.3 我國番茄生產溫室氣體排放及環(huán)境評價的空間差異

省域尺度農業(yè)水、土、碳足跡具有較大的空間差異，這歸因于自然條件、社會經濟、產業(yè)結構、耕作方式及種植結構等的區(qū)域差異[44]。如我國北方地區(qū)的蔬菜溫室氣體排放量比南方地區(qū)高9.7%～30.0%，主要是由于北方地區(qū)的N 肥施用量高18.2%～58.2%[6]；美國溫室番茄生產的溫室氣體排放量是哥倫比亞的3.38 倍[8，24]；北京設施番茄溫室氣體排放潛值（379 kg CO2e·t-1）高于山東壽光（246 kg CO2e·t-1）[10]。我國地大物博，不同省份經濟發(fā)展狀況、資源稟賦情況不一，番茄種植的方式、技術、投入品等不同，露地、設施番茄生產的溫室氣體排放及排放構成存在顯著的空間差異。同時，由于不同地區(qū)、不同栽培方式下的番茄產量、效益不同，導致露地、設施番茄的固碳量、碳生態(tài)效率、碳生產效率、碳經濟效率也存在顯著的省際差異。因此，比較我國露地、設施番茄溫室氣體排放及環(huán)境評價的空間差異，對合理調整我國番茄生產方式、優(yōu)化番茄產業(yè)發(fā)展布局具有一定的參考意義。對于碳生態(tài)效率、經濟效率都低的省份，要重點開展產業(yè)結構和生產方式的調整；對碳生態(tài)效率低、但碳經濟效率高的省份，要注重開發(fā)綠色生產技術，挖掘節(jié)能減排潛力；對碳生態(tài)效率高、但碳經濟效率低的省份，要注重品牌打造，以提升價格和效益；對碳生態(tài)效率、經濟效率都高的省份，要加大支持力度，發(fā)展成為番茄優(yōu)勢產區(qū)。

3.4 不確定性分析

本文對我國露地、設施番茄生產中的溫室氣體排放進行了核算和分析，但計算分析過程中存在不確定性，其主要來源于物質投入確定、系統(tǒng)邊界界定和排放參數選擇。一是物質投入確定方面，本文是基于《全國農產品成本收益資料匯編—2020》各省份的番茄生產肥料、農藥、人工、農膜及其他投入等進行計算分析，但該匯編中無柴油用量數據，只能借鑒Xue等[31]的方法進行估算。二是系統(tǒng)邊界界定方面，本研究的邊界界定為包括露地和設施番茄生產中物資和人力投入到收獲的過程。但目前不同研究之間還存在一定爭議，如種植之前的基礎建設、耗水、土壤固碳等是否被納入，都會對研究結果產生影響。三是參數選擇方面，本研究基于參數本地化原則，N2O 排放計算參數選擇基于Wang 等[34-36]建立的我國露地蔬菜系統(tǒng)氮素損失模型，但由于目前相關研究少，參數無法做進一步的省際區(qū)分，但不同區(qū)域存在差異，采用單一參數會帶來一定的不確定性。還有如肥料、農膜、農藥的排放參數，不同國家、不同研究計算出的差異很大，如農膜的排放系數，Coinvent2.2 版中為22.72 kg CO2e·kg-1，CLCD0.7 中為6.91 kg CO2e·kg-1，陳琳等[45]的研究中為0.68 kg CO2e·kg-1，He 等[20]的研究中為0.1 kg CO2e·kg-1，不同的參數會導致結果有所不同。本研究雖然存在一定的不確定性，但仍可為了解我國番茄生產系統(tǒng)溫室氣體排放的栽培方式差異、空間差異提供基礎信息，從而為我國番茄生產方式選擇、產業(yè)布局優(yōu)化提供一定參考。

4 結論

（1）不同栽培方式比較方面，我國番茄生產系統(tǒng)的平均溫室氣體排放量顯著大于露地，比露地高87.85%；露地番茄的主要溫室氣體排放源為化肥，而設施番茄的主要溫室氣體排放源為農膜和化肥；依據凈溫室氣體排放量、碳生態(tài)效率、土地碳強度、碳生產效率、碳經濟效率等碳評價指標，番茄設施種植的可持續(xù)性低于露地種植。

（2）不同區(qū)域比較方面，各省份露地、設施番茄的溫室氣體排放存在顯著的空間差異，最高省份分別是最低省份的2.64、2.38 倍。同時，由于不同省份經濟發(fā)展狀況、資源稟賦情況不一，番茄種植的方式、技術、投入品等不同，番茄產量、效益也不同，導致露地、設施番茄的溫室氣體構成、固碳量、碳生態(tài)效率、碳生產效率、碳經濟效率也存在顯著的省際差異。