京郊典型作物生产体系施肥环境影响的生命周期评价

以北京市顺义区冬小麦-夏玉米轮作和露地蔬菜两种作物生产体系为对象,采用生命周期评价（LCA）方法,综合考虑全球变暖、环境酸化、水体富营养化、土壤毒性、能源消耗和淡水资源消耗6种环境影响类型,分别以年产1t作物产品干物质和种植1hm2作物为评价功能单元,系统研究了施肥的资源环境影响潜力。结果表明：对于大田作物和露地蔬菜生产系统,年产1t产品（干物质）施肥的综合环境影响指数分别为0.46和2.11,种植1hm2作物施肥的综合环境影响指数则分别为4.74和26.77;农田种植环节环境影响潜力的贡献分别占大田作物和露地蔬菜整个生命周期环境影响潜值的95.1%和99.1%,远远大于肥料生产环节;大田作物和露地蔬菜生产过程中的环境影响潜力均表现为水体富营养化〉环境酸化〉全球变暖〉淡水资源消耗〉能源消耗〉土壤毒性;肥料氨挥发是引起水体富营养化和环境酸化的主要途径,硝态氮和总磷的淋洗径流损失也是水体富营养化的主要来源。优化施肥量是控制作物生产施肥潜在环境影响的关键。     

太湖地区高产水稻生命周期评价

以太湖地区高产水稻典型管理措施为例,应用生命周期评价方法,以生产1t水稻为评价的功能单元,把水稻生命周期划分为原料阶段、农资阶段和种植阶段进行清单分析与影响评价,考虑了能源消耗、水资源消耗、温室效应、环境酸化和富营养化5种环境影响类型。结果表明,太湖地区高产水稻生命周期环境影响潜力大小依次是水资源消耗、富营养化、温室效应、环境酸化和能源消耗,环境影响指数分别为1．45、0．54、O．52、0．32和0．05,环境影响综合指数为0．54。降低稻田水肥投入,提高水分和养分生产效率是控制太湖地区水稻生产体系生命周期环境影响的关键,它在直接减少种植环节资源消耗与污染排放的同时,也间接减轻了上游生产环节的环境影响,从而减缓生命周期的环境影响。     

基于生命周期分析方法的化肥与有机肥对比评价

利用生命周期评价方法,对化肥和有机肥进行生命周期资源消耗与污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期对比评价。结果表明,化肥的环境影响主要是施肥过程中NH3挥发引起的环境酸化,其次是能源耗竭、全球变暖;有机肥的环境影响主要集中在堆肥过程中引起的环境酸化,其次是全球变暖、富营养化。综合比较,在整个生命周期内,有机肥的资源耗竭、全球变暖潜值、环境酸化潜值、富营养化潜值均较化肥小。若用有机肥替代化肥使用,生命周期环境影响综合指数将由化肥的1.4141变为0.5058,将会减少能耗59.22GJ,全球变暖潜力、环境酸化潜力、富营养化潜力分别比化肥降低17.54%,62.64%,52.86%。所以,从平衡生命周期能源消耗、环境排放角度出发,有机肥具有替代化肥的潜力。     

辽宁省育肥猪生产环境影响的生命周期评价

采用生命周期评价方法,以1 000 头出栏育肥猪的规模化养殖场为功能单位,对辽宁地区育肥猪生产进行污染物排放清单分析,评价其环境影响。结果表明,1 000 头育肥猪生产的生命周期环境影响综合指数为56.59,环境影响大小依次为富营养化、酸化、全球变暖,环境影响指数依次为36.31、13.84和6.44;富营养化影响主要来源于猪粪尿中氮、磷的排放,酸化影响主要来源于猪粪尿中NH3的排放,全球变暖影响主要来源于种植饲料作物使用的化肥生产过程中NOx的排放。因此,加强养猪粪污无害化处理,促进养殖业废物资源化,增加育肥猪饲料中青饲料比例,提高饲料作物生产过程中化肥利用率是降低辽宁地区育肥猪生产环境负荷的主要措施。     

中国虹鳟养殖模式的生命周期评价

本文以黑龙江省和北京市虹鳟养殖为例,应用生命周期评价方法,将虹鳟养殖生命周期划分为饵料生产、电力生产、化学品生产和养殖污染排放4个阶段,考虑了全球变暖潜势、能源消耗、酸化潜值和富营养化潜值4种环境影响类型,以获得1t养殖增重量为评价的功能单位,对虹鳟网箱养殖模式、工厂化流水养殖模式和工厂化循环水养殖模式的潜在环境影响进行了评价比较。结果表明,我国虹鳟养殖模式的环境影响从高到底依次是富营养化潜值、全球变暖潜势、酸化潜值和能源消耗;网箱养殖模式的环境影响指数分别为53.963、0.939、0.717和0.017,工厂化流水养殖模式的环境影响指数分别为35.213、4.827、2.896和0.049,工厂化循环水养殖模式的环境影响指数分别为7.404、5.545、3.305和0.055;富营养化潜值是虹鳟养殖的主要环境影响类型,其主要来自养殖污染排放。3种虹鳟养殖模式的环境影响综合指数分别为6.69、5.52和2.02,我国虹鳟养殖模式的环境性能从高到低依次为工厂化循环水养殖模式〉工厂化流水养殖模式〉网箱养殖模式。减少养殖污染排放、降低电能消耗和提高饵料利用率是提升我国虹鳟养殖模式环境友好性的关键。     

规模化养牛场粪便处理生命周期评价

以某规模化养牛场为例,应用生命周期评价方法,对畜禽粪便两种不同处理方式进行生命周期污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期环境影响评价。结果表明,畜禽粪便处理过程中主要的环境影响类型是全球变暖,其次是环境酸化和富营养化。其中好氧堆肥工艺的环境酸化和富营养化潜力大于厌氧发酵处理工艺,厌氧发酵工艺全球变暖潜力大于好氧堆肥。综合比较,厌氧发酵的环境影响优于好氧堆肥,其环境影响综合指数分别为0.011 2、0.024 3,该养殖场宜采用厌氧发酵工艺处理畜禽粪便。     

有机和常规苹果生产环境影响的生命周期评价

本文以我国园艺产业中的重要果品——苹果的生产为研究对象,通过实地调研,采用生命周期评价方法,对山西浮山、陕西白水和甘肃天水等3个代表性地区的有机及常规苹果生产的环境影响进行了研究,以期为我国农业可持续发展和生态文明建设提供科学依据。结果表明,山西浮山的有机苹果生产养分利用效率高于常规苹果,陕西白水和甘肃天水相反。3个地区单位苹果有机生产方式的能源消耗均占常规方式的26%以下,有机生产的能量利用效率高于常规生产。在能源消耗、全球变暖、环境酸化以及富营养化等4类环境影响中,富营养化对环境影响的贡献最大,均占80%以上。有机和常规苹果生产的环境影响按照大小均表现为陕西白水甘肃天水山西浮山。由于山西浮山有机苹果的肥料等投入远低于常规苹果生产,产量相差不大,因而表现为有机苹果的综合环境影响仅为常规苹果的22%;陕西白水和甘肃天水呈现相反的情形,其有机苹果的综合环境影响分别是常规苹果的356%和138%。在高量有机养分投入的前提下,有机农业可以达到和常规农业相当的作物产量,但其代价是较高的负面环境影响和较低的养分和能源利用效率。     

基于生命周期评价的楚雄市水稻生产环境影响评价

水稻种植会直接和间接造成环境问题。基于此,借助生命周期法,选取能源消耗、温室气体、富营养化和环境酸化4个指标对云南省楚雄州楚雄市水稻生产的环境影响进行评价,揭示该区域水稻生产中环境影响物质的来源、结构和贡献率,为该区域水稻生产的环境影响调控提供参考。结果表明:楚雄市水稻生产的能源消耗、温室气体、富营养化和环境酸化四个环境影响指标对应的环境影响潜值分别为2 432.496 MJ、979.814 kg CO_2-eq、11.381 kg PO_4~(3-)-eq和46.929 kg SO_2-eq;几种环境影响指标对应的环境影响严重程度排序为富营养化环境酸化温室气体能源消耗,对应的环境影响指数分别为6.054、0.898、0.134和0.094;楚雄市每生产1 t水稻产品系统环境影响值为1.685。氮肥的清洁生产和合理施用是降低该区域水稻生产造成环境影响的关键。     

两种水稻生产方式的生命周期环境影响评价

以湖南水稻生产体系为例,应用生命周期评价方法,对两种水稻生产方式进行生命周期资源消耗与污染物排放清单分析,在此基础上进行了生命周期环境影响评价。结果表明,两种生产管理措施下潜在环境影响较大的均是富营养化、水体毒素、土壤毒素和环境酸化,其中传统生产方式下4项潜在环境影响指数分别为1．606、0．868、0．309和0．262,推荐生产方式下各项环境影响指数分别下降至1．277、0．489、0．260和0．211。经加权评估后,两种模式的生命周期环境影响综合指数分别为0．3634和0．2676。潜在富营养化主要来自于作物种植阶段农田NH3挥发和NO3-N淋失;水体毒素和土壤毒素主要来自农药使用;环境酸化主要来自施氮导致的NH3挥发和农用化学品生产中排放的SOx。水稻生产的管理方式需要在推荐生产方式的基础上做重大改进,实施清洁生产方式,减少氮肥、农药的使用量,是控制水稻生命周期环境影响的关键。     

基于LCA分析的间作小麦土壤酸化气体排放

为综合分析小麦蚕豆间作的环境酸化效应以及产量优势,通过2个试验点为期2年(A和B试验点:2014—2016年)的田间定位试验,分析比较了小麦蚕豆间作产量以及基于生命周期评价(Life cycle assessment,LCA)的能源消耗、环境酸化等指标的差异。结果表明,两个试验点的间作小麦产量均显著高于单作,平均增幅达到了22.04%,土地当量比(LER)均大于1,表现出明显的间作优势。与单作小麦相比,间作小麦的能源消耗和环境酸化影响指数较单作小麦分别平均减少了18.59%和17.45%,硫氧化物(SOX)、氨气(NH_3)和氮氧化物(NO_X)酸化气体分别平均减少了17.42%、17.68%和17.82%,间作小麦的能源消耗和环境酸化的环境影响减缓潜力平均增加了18.96%和17.45%。表明小麦蚕豆间作可显著提高产量,减少酸化气体排放,具有明显的间作优势。     

水葫芦能源利用的生命周期环境影响评价

水葫芦厌氧发酵能源化利用已成为水葫芦处理与资源化利用的一个重要途径,以江苏省农业科学院水葫芦中试基地与常州市武进区水葫芦综合利用示范工程为案例,利用生命周期评价的方法建立水葫芦厌氧发酵产沼气工程污染物排放的清单,并对系统生命周期环境影响进行评价,以水葫芦能源利用产生1MWh电能为功能单位,评价其对环境产生的影响。研究过程将整个生命周期分成3个阶段：水葫芦厌氧发酵预处理、水葫芦厌氧发酵产沼气发电和沼液沼渣农田应用,重点考虑了3种环境影响类型：全球变暖、环境酸化和富营养化。评价结果为：各类型环境影响指数分别为2.1×10^-3、4.89×10^-2和1.98×10^-1,与能源作物发电及传统火力发电相比较,水葫芦厌氧发酵能源化利用中的CO2、SOx、NOx等污染物排放量均较低,对环境的负面影响最小,但水葫芦能源利用的生命周期效率仅为0.09,低于能源作物热电联用的技术途径（0.119）。降低水葫芦厌氧发酵能源化利用中的石化能源消耗、控制堆肥及沼液沼渣有机肥施用过程中氨挥发损失,对于提高水葫芦能源转化效率与降低环境影响指数至关重要。     

不同水肥管理对京郊设施菜地氮素损失及氮素利用效率的影响

定量分析不同水肥管理下设施菜地的氮素损失途径及氮素利用效率,可为合理制订菜地水肥管理措施提供科学依据。2009年在北京市顺义区设施番茄大棚设置了6种水肥管理模式：（1）传统施肥＋传统畦灌（N1F1）;（2）优化施肥＋优化畦灌（N2F2）;（3）减量施肥＋优化畦灌（N3F2）;（4）传统施肥＋传统滴灌（N1D1）;（5）优化施肥＋优化滴灌（N2D2）;（6）减量施肥＋优化滴灌（N3D2）。利用田间观测数据对EU—Rotate_N模型进行了校验,并计算了各水肥管理下设施菜地的氮素淋失、气体损失和氮素利用效率。结果表明,各处理的土壤氮素淋失量占施肥总量的1％-9％,气体损失占施肥总量的5％-14％,各处理氮素淋失表现为N1FI〉N3F2=N2F2〉N1D1〉N2D2〉N3D2。滴灌处理的淋失量比对应畦灌处理减少了72％-87％,气体损失量比畦灌处理平均降低了40％,其氮素利用效率比对应畦灌处理提高32％。36％。在保证蔬菜产量影响不大的情况下,优化施肥和滴灌均能有效地降低氮素淋失和气体损失,提高氮素利用效率。     

保护性耕作与氮肥后移对巢湖流域麦田磷素流失的影响

农田磷素随地表径流向水体迁移可导致磷肥利用率降低、生产成本上升和环境污染风险增加,源头控制农田磷素流失对于治理巢湖水体富营养化具有重要意义。采用野外定位观测结合室内分析的研究方法,对2009—2010年冬小麦生长期间的径流、泥沙和磷素进行了监测与测定分析,研究了保护性耕作和氮肥后移对巢湖流域麦田P素径流损失及其对环境的影响。结果表明,相对于传统耕作处理（T）,传统耕作＋秸秆还田处理（TS）、氮肥后移处理（NFP）和少免耕＋秸秆还田＋氮肥后移（NTS＋NFP）径流量分别减少了20%、10%和22%,泥沙量分别减少了30%、14%和38%,表现出显著的水土保持作用。各处理径流液总磷（TP）浓度范围是0.095～0.360mg·L-1,其中,颗粒态磷（PP）是磷素随地表径流迁移的主要形式,约占TP的51%～69%。长期的保护性耕作提高径流液中溶解态磷（DP）的浓度,降低了PP的浓度,但TP浓度难以看出明显的变化规律,而氮肥后移降低了径流液中各形态磷的浓度。各处理TP流失量在0.060～0.079kg·hm-2之间,约占当季施磷量的0.2%。处理TS、NFP和NTS＋NFP与处理T相比,TP流失量分别减少了20%、21%和24%。作物生长情况显著影响土壤磷素的流失,地上部分生物量、地上部分吸磷量与径流TP的迁移量呈负相关关系。因此保护性耕作和氮肥后移可以作为源头控制农田磷素流失的较好措施加以推广。     

不同氮效率小麦品种根系特征及根际土壤酶活性的分析

为探明不同氮效率小麦（Triticum aestivum L.）品种根系特征及其对根际土壤酶活性的响应,以30年的长期定位试验为平台,于2018—2020年采用大田试验的方法,在不同氮效率品种筛选的基础上,以氮高效小麦品种郑麦113、偃高21和氮低效小麦品种丰德存5号、周麦27为试验材料,在不施氮肥（N0）和正常施氮肥（N1）条件下研究其根系特征、氮素吸收利用及根际土壤酶活性的差异。结果表明,各品种小麦的根系活力均在孕穗期达到最大值,N0、N1水平下氮高效小麦品种根系活力的平均值分别比氮低效小麦品种增加了16.13%～24.22%、10.22%～62.49%。N1水平下小麦根长、根表面积和根体积明显高于N0水平。郑麦113、偃高21、周麦27的氮吸收效率显著高于丰德存5号,而周麦27的氮利用效率较低。两种氮水平处理下,郑麦113和偃高21的根际土壤β-葡萄糖苷酶（BG）、亮氨酸氨基肽酶（LAP）和多酚氧化酶（POX）活性整体显著高于丰德存5号和周麦27(P<0.05),且根际土壤酶活性与根系形态指标均呈正相关关系。这说明郑麦113和偃高21较高的根系活力、根长、根表面积和根体积促...     

不同施氮水平对稻麦轮作农田氧化亚氮排放的影响

利用江苏常熟田间随机区组试验,以密闭箱法采集气样,气相色谱分析N2O浓度,对稻麦轮作制下不同施氮水平的土壤N2O排放进行了观测,探讨了不同施氮水平对稻麦轮作农田氧化亚氮排放的影响。结果表明,土壤N2O排放量受施氮量的影响,稻季和麦季N2O排放量都随旌氮量的增加而增加;稻季N2O排放量最大峰值出现在烤田复水期间,其排放量大小主要受基肥和分蘖肥施用量的影响,并随施氮量的增加而增大;麦季最大峰值出现在气温回暖的第二次追肥后,排放量的最大峰值也随施氮量的增加而增大;稻麦轮作土壤N2O排放以麦季的排放为主,麦季N2O累积排放量在轮作周期中占三分之二。