文：回溯档案

编辑：回溯档案

在粮食安全和气候变化的背景下，准确评估作物系统干预措施的环境可持续性势在必行，同时也要将豆类纳入谷物轮作可以减少种植系统的总体环境负担。

从经济角度来看，豆类通常被认为不如谷物，但从欧洲的53种豆科植物轮换模型，得出的结论是，与非豆科植物系统相比，其中66%的豆科植物轮换模型具有竞争力的毛利率。

目标和功能单位的定义

根据我们的分析，44%的综述文章只考虑了一个功能单元，这与生产的物理方面有关，而功能单元（FU）的四个主要类别，以及它们在所审查文章中的频率。

最常见的FU（24%）与面积有关，其次是简单的产品特征，例如质量（新鲜物质的干物质），蛋白质的数量（kg）或确定产品的总能量输出，在这些研究中，主要重点是评估在作物轮作中生产特定作物（例如小麦）对环境的影响，或用于生物能源的柳枝稷。

当研究目标超出对单个产品的评估时，为了评估轮作水平效率，最常用的FU基于面积和时间，例如1年内1公顷或轮作周期期间的生产量，该FU在17篇文章（24%）中被发现。

这个区域时间的FU被称为土地管理功能单位，其目标是维持土地上的农业生产，同时减少其对环境的影响，共同单位是在1年内生产1公顷的所有东西。

很多人都认为FU 不足以评估多产品作物轮作，几乎20%的文章（13篇）分析了三种或更多类型的FU，例如应用了以千克DM或总能量含量表示的生产FU，基于面积的FU，以及以货币价值表示的财务FU（收入减去直接生产成本）。

谷物单位（CU），主要用于在轮换内分配，作为FU，以及基于质量和面积的FU，CU将所有谷物转换为由动物饲料能量消化率计算的通用参考单位。

几乎所有研究（94%）都对产品或系统进行了比较，会计LCA是在精心制作的计算器中发现的，这些计算器旨在为轮作中的特定作物生成足迹，在这些研究中，主要目标是量化和了解一种产品或过程通过其价值链的影响，而不是进行比较。

系统边界的方法和定义

大多数研究应用了归因LCA方法，结果LCA仅由Knudsen等人应用，而在7项研究（10%）中发现了具有后果情景的归因LCA。

这些LCA研究模拟了直接种植系统边界之外的供应链中的替代和避免生产，关于所采用的边界，超过三分之二的综述研究（71%）包括从摇篮到农场大门的分析，因此除了农场运营和过程外，还包括上游过程，例如农场投入物的制造、运输和使用。

只有7%的研究增加了农场门外的运输和储存等活动，9%的研究包括产品制造的过程，以代表消耗品，一些研究（4%）仅关注农场活动和过程，或者仅考虑与农场投入相关的一些主要上游过程。

这在仅计算碳足迹和/或仅关注现场测量的研究中很常见，五项研究（7%）将边界从农场门扩展到涉及多个农场系统的更广泛的情景规模，以计算更大范围内可能的环境影响。

纳入了蚕豆使用的相应LCA，将其从奶牛的蛋白质饲料改为在生产乙醇，蛋白质浓缩饲料和燃料压块的绿色生物精炼厂中加工，或将整个作物用作粗饲料。

欧洲轮作中引入豌豆和蚕豆后，并考虑了欧洲以外大豆产量的减少，尽管只关注温室气体排放，但这项研究解决了对全球互联食品系统进行修改的更广泛可持续性的关键问题，类似于Styles等人。

氮结转、碳封存和分配方法

豆类具有固定大气氮的能力，从而为下一作物提供氮，减少对外部合成施肥的需求，大多数关于豆科植物轮作的LCA研究（70%）要么使用文献估计明确解释了豆科植物固定的氮量，要么隐含地解释了轮作顺序中下一季作物的施肥减少。

由于缺乏可靠的数据，3%的研究没有考虑N的益处，或者因为它被认为与总影响计算无关， 对于未提及任何N固定或提供的信息不足以理解该方法的研究（27%），有两种选择：（一）未考虑N残留;（二） 氮结转是根据例如施肥到次种作物的主要活动数据隐含核算的。

在农业LCA中通常不考虑土壤有机碳封存，主要是因为作物将被加工，并且在生长过程中封存在植物组织中的大部分生物碳将返回大气，然而，已知SOC在种植系统中长期变化缓慢。

许多研究表明，欧洲可耕地土壤中的SOC长期下降，特别是由于短期和以谷物为主的轮作和管理做法，如全面，频繁的耕作和秸秆清除。

SOC积累的潜力取决于残留物的质量和数量（生物量），尽管已知与谷物相比，豆类会产生更多富含氮的残留物，它们通常产生较少的残留生物质。

一些研究指出，当豆类作物被引入以谷物为主的系统时，SOC会降低，因为与谷物相比，豆类产生的地上和地下生物量较少，然而其他研究描绘了豆类的许多物种和栽培品种的更复杂的画面，这些植物通常产生营养丰富的残留物，由于其木质素含量较低，其分解速度比谷物残留物更快。

豆类的快速分解有助于作物的断裂效应，促进后续作物产量的增加，这反过来又可以增加生物质残留物的输入（地上和地下），因此有助于SOC的更高平衡水平，这些影响可能不是豆类，而是归因于高产的后续作物。

为了了解豆科植物生产的潜在效益（固氮和固碳）和负担（淋溶潜力和温室气体排放）在种植系统中是如何分布的，本综述还分析了轮作对多种产品的分配方法，ISO将分配定义为“在所研究的产品系统与一个或多个其他产品系统之间划分过程或产品系统的输入或输出流”。

总体而言，46%的研究没有明确提及在轮作周期内作物之间分配种植负担的位置和方式，一些研究提到了分配的其他方面，例如如何考虑机械制造方面或如何从乳制品生产中分配肉类和牛奶等最终产品，但没有具体说明种植阶段。

正如澳大利亚指南所建议的那样，没有一篇经过审查的文章将避免施肥要求完全归功于轮作中的豆科作物，这些指南建议这种方法是区分与谷物轮作的豆类影响的最实用方法，并特别建议将避免的肥料100%用于后续作物，100%的浸出（负担）来自豆类作物，并归因于豆类。

选择影响类别

三分之二的综述研究（66%）仅展示了一两个影响类别的结果，一半的研究只报告了全球变暖潜能值;其余34%的人考虑了两个以上的影响类别，在全球变暖潜能值之后，最常遇到的词是，按频率下降的顺序：能源，富营养化，酸化，生态毒性，臭氧和土地利用。

尽管一些豆类得到了灌溉，但很少报告用水情况，仅在两项研究中进行了评估，Tuomisto et al. 计算以公里为单位的蓝水3通过行星边界法在全球范围内每年消耗的水。

ILCD方法的水和矿产资源枯竭影响类别，没有提供该方法的最终结果，欧洲环境局推荐的环境署水足迹共识——WULCA方法——不仅评估了用水量，还评估了流域层面的稀缺潜力。

豆科间作系统的可能影响包括更有效地利用柴油，因为双作物植物机器播种两颗种子而不是一粒接一颗，再加上减少氮肥、增加土壤有机碳和提高产量，当应用LCA时，可以在多个影响类别中检测到这些效率的结果。

柳枝稷与豆类（如红三叶草）间作的环境足迹，并计算了每吨柳枝稷在生态毒性，酸化，富营养化，全球变暖和光化学臭氧产生影响类别中的潜在减少影响。

大多数涉及土地利用影响类别的论文没有报告对土壤质量或生物多样性丧失，在土地利用下发现的最常见的结果是每公斤谷物的年土地占用率的简单指标，表示库存数量而不是影响本身。

结论

LCA是分析粮食系统可持续性的关键方法，在评估轮作豆科作物的LCA研究中，跨年份和作物的重要相互作用经常被忽视，最近的研究表明，这种相互作用对产品足迹的重要性。

因此，我们建议豆科植物种植系统的LCA研究应评估整个轮作，而不仅仅是一年的种植，同时我们确定了豆科植物LCA的三种广泛方法。

参考文献

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