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近日，上海交通大学张宇泉副教授、宋士任副研究员团队在Carbon Neutrality上发表了以鲜食葡萄栽培为例的光伏温室设施农业碳排放研究。应用生命周期评估方法，测算了5种不同生产条件下栽培鲜食葡萄的碳足迹。结果显示，配有光伏发电、将葡萄藤蔓资源化利用的改良型连栋温室生产模式有助于降低环境毒性，并兼顾碳减排。

文章亮点

（1）厘清设施栽培葡萄涉碳排放环节，构建鲜食葡萄全生命周期碳排放核算模型；

（2）测算光伏温室设施农业条件下葡萄的碳足迹，探究其与露地葡萄之间的差异及来源；

（3）对比分析不同生产条件下设施栽培葡萄的碳减排潜力及环境影响。

内容简介

Facility agriculture provides important support for the transformation towards modernized agriculture, however the associated carbon emissions remain to be closely examined [1, 3]. Specifically, facility agriculture involves the utilization of modern agricultural engineering, mechanical technology, and management techniques to improve localized environments, aiming to deliver products of high quality, along with stable high yields [37]. For example, with increasing demand for high quality produce, cultivation of table grapes would need to take place in facilities, if supplied locally in Shanghai given the climate conditions [8]. While the development of facility-based horticulture virtually symbolizes a key shift from traditional to modern agriculture, it may also imply more carbon emissions when compared with traditional farming methods [3].

Considering the potential of the agricultural sector in contributing to the goal of “carbon peak and carbon neutrality” [38], as well as the increasing importance of facility agriculture that involve energy consumption, it is desirable to improve the understanding of facility agriculture’s carbon emission implications. In particular, this study takes cultivation of tables grapes in Shanghai as an example, so as to provide a reference for the grape industry, and more broadly the facility agricultural sector for taking on the path of green and low carbon development.

In summary, the research on the carbon emissions accounting of grape-related facility agriculture has been carried out mostly in the EU. The existing literature also pays more attention to the downstream industrial chain of the grapes industry, such as the wine industry. The research on the carbon footprint of grape facility cultivation within the China context receives much less attention. Moreover, given the context of low carbon development, it is of great interest to examine facilities that incorporate new energy such as photovoltaics. This study takes facility production of table grapes in Shanghai as a case study, aiming to fill the research gap mentioned above. Moreover, to gain a reasonably comprehensive understanding of carbon footprints of facility-based table grapes production, several models of facility environments plus open field are examined, particularly including facilities with photovoltaics.

设施农业通过利用现代农业工程、机械技术和管理手段来改善作物生长环境，旨在提供高品质、稳定高产的农产品。某种程度上，设施农业是现代农业的一种标志，但与传统农业相比，其可能意味着更多能耗和碳排放。考虑到农业在实现“碳达峰碳中和”战略目标中的潜力，以及伴随着设施农业规模扩大而日益增长的能耗，厘清设施农业的碳排放影响尤为重要。

本研究以上海鲜食葡萄栽培为例，旨在为葡萄产业及设施农业的绿色低碳发展提供科学参考。受限于地方降雨、气温等气候条件，上海地区的葡萄栽培需要在设施内进行。已有文献通常关注设施农业的能源消耗（生产环节）、葡萄运输（物流环节）及葡萄酒（下游加工制造环节）的碳排放情况，以及葡萄种植园的运营效率，且研究对象多为山地特殊葡萄以及地中海地区葡萄产业。少有研究关注鲜食葡萄在设施生产条件下，从发芽到衰落阶段的全生命周期环境影响。此外，考虑到低碳发展，与光伏等新能源相结合的设施农业也值得特别关注。由此，本研究以上海地区设施葡萄栽培为例，测算包括露地、简易大棚、连栋温室、光伏连栋温室、改进型光伏连栋温室在内的5种不同生产条件下鲜食葡萄栽培的碳足迹。

图文导读

对5个系统进行比较分析，以一亩地一个生长周期为时空单位，碳排放量（碳吸收计算在内）方面，设施葡萄的碳足迹相比露地葡萄要低，主要是水肥一体机等装备的使用使得有机肥料用量减少，进而相关碳足迹减少。另外，由于简易大棚耗材（竹）具有环保性，有效吸收了部分二氧化碳，故简易大棚葡萄相比于温室葡萄的碳足迹更低。

如图1所示，化石燃料使用相关的温室气体全球变暖潜力（GWP100 – fossil）方面，温室葡萄的碳排放量显著低于露地葡萄，简易大棚葡萄则在两者之中；生物质来源的温室气体全球变暖潜力（GWP100 – biogenic）方面，简易大棚葡萄数值较高，这是由于竹材源于自然，将其作为大棚建材会影响原生长环境；土地转变相关的温室气体全球变暖潜力（GWP100 - land transformation）方面，利用竹材对土地利用变化有较显著的影响。此三类中，温室葡萄由于水肥一体机等装备的使用使得有机肥料用量减少，从而碳排放量小于露地葡萄，实现减排。二氧化碳吸收相关全球变暖潜力（GWP100 - CO2 uptake）方面，露地与温室葡萄的二氧化碳吸收量都较低，简易大棚中由于竹材生长过程中吸收的二氧化碳转移储存在竹产品中，抵消了部分碳排放量，从而使得标准化计算中简易大棚葡萄的总碳排放量较低。

图1. 5种不同生产条件下碳排放分解结果对比（单位：千克二氧化碳当量）

注：简易温室葡萄（SGH）；利用光伏发电的改进温室葡萄（IGH+PPG）；带光伏发电的温室葡萄（GH+PPG）；温室葡萄（GH）；露天葡萄（OF）。

环境毒性分析采用适用于全球范围的ReCiPe 2016 Midpoint (H) V1.08。本研究分析了陆地毒性、淡水毒性、海洋毒性，以及人体致癌毒性和人体非致癌毒性。

结果发现，在健康方面，设施葡萄及其改进模式大幅占优，与此同时在富营养化、生态毒性、资源消耗方面都呈现较少趋势。鉴于现代社会对有机、健康无毒格外关注，这里重点考察人类致癌毒性与非致癌毒性，发现露地葡萄毒性最高，而在简易大棚、连栋温室以及利用光伏发电的连栋温室模式下，葡萄毒性基本相当，且远低于露地葡萄的毒性。配有光伏发电的改进型连栋温室因其将葡萄藤蔓资源化、替代有机肥料，进一步降低了人类致癌及非致癌毒性。

图2. 5种不同鲜食葡萄栽培模式的毒性分析对比

注：简易温室葡萄（SGH）；利用光伏发电的改进温室葡萄（IGH+PPG）；带光伏发电的温室葡萄（GH+PPG）；温室葡萄（GH）；露天葡萄（OF）。

总结展望

本研究测算分析了不同生产条件下鲜食葡萄的生命周期碳排放和环境影响，包括露天、简易大棚、连栋温室、利用光伏电力的连栋温室以及改进版光伏电力连栋温室。不同条件下的葡萄栽培碳足迹分别为：露天1.89 × 10³ kgCO₂-eq/亩·年，简易大棚452 kgCO₂-eq/亩·年，连栋温室1.4 × 10³ kgCO₂-eq/亩·年，光伏连栋温室1.37 × 10³ kgCO₂-eq/亩·年，改进版光伏连栋温室1.26 × 10³ kgCO₂-eq/亩·年。另外，露天种植葡萄的毒性较高，而利用光伏电力的改进版连栋温室条件下的葡萄毒性较低，特别是在部分替代有机肥料的情况下。

单从碳排放角度来看，简易大棚种植葡萄无疑是最优选择，其在降低碳排放的同时，还能利用拱棚结构有效防治霜霉病，且具备一定的经济性。然而，简易大棚条件下，葡萄栽培多依赖人力劳动，智能机械等不能被广泛应用，且产出率较低。因此，从提高劳动力效率、降低环境毒性、兼顾碳减排的角度来看，利用光伏发电的改进型连栋温室，在未来将有更广阔的应用前景。

原文信息

Assessing carbon emissions of facility agriculture involving photovoltaic greenhouses – insights from table grapes cultivation

作者：

Yichun Li, Shuyue Li, Yaru Luo, Xuecai Wang, Hengcheng Zhang, Yuquan W. Zhang* & Shiren Song*

https://link.springer.com/article/10.1007/s43979-025-00118-x

DOI:

https://doi.org/10.1007/s43979-025-00118-x

Cite this article：

Li, Y., Li, S., Luo, Y. et al. Assessing carbon emissions of facility agriculture involving photovoltaic greenhouses – insights from table grapes cultivation. Carb Neutrality 4, 4 (2025). https://doi.org/10.1007/s43979-025-00118-x

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通讯作者介绍

张宇泉，上海交通大学，副教授

研究领域

1.资源环境经济与政策

2.气候变化经济评估（影响、减缓与适应）

3.GAMS语言建模编程

个人简介

研究主要围绕气候变化展开，覆盖影响、减排和适应三大领域，熟练掌握GAMS语言编程。包括：1）生物质能源对农林部门的经济及温室气体排放影响研究；2）大气质量标准的经济、环境影响评估；3）社会经济系统应对气候变化的策略发掘研究；4）国际贸易政策的经济与隐含环境效应测算；5）矿产资源全生命周期物质流及循环潜力分析；6）应用数学模型的开发、拓展与应用。在Fundamental Research、《中国环境科学》等期刊上发表中英文论文30篇，书中章节6篇，获批软件著作7项。

联系方式

E-mail: yqwzhang@sjtu.edu.cn

宋士任，上海交通大学，副研究员

研究领域

1.葡萄种质资源收集评价与育种研究

2.葡萄与葡萄酒产品开发及文化普及推广

个人简介

主持科技部重点研发计划子课题、科技部国际科技合作专项课题、科技部对发展中国家科技援助项目课题、上海市科委自然科学基金面上项目、上海市农业农村委科技兴农重点攻关项目、上海市东方英才（乡村振兴）项目等。

联系方式

E-mail: sr.song@sjtu.edu.cn

图文来源：原文作者

编辑：Carbon Neutrality编辑部

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Carbon Neutrality 是由上海交通大学与Springer Nature合作出版的低碳科学与技术、碳金融与碳管理及相关政策领域的国际性跨学科综合期刊。本刊旨在打造碳中和领域旗舰期刊和国际一流期刊，主要刊载低碳相关领域具有高度原创性、能够反映学科水平的高质量研究论文和评论性综述文章，为国内外从事低碳研究的专家学者提供一个专业的国际学术交流平台。目前已被ESCI、EI、Scopus、CAS、DOAJ数据库收录，成功入选2023中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目。

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