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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

我国不同区域小麦施肥资源环境影响的生命周期评价

以河南、江苏和陕西三省的小麦生产体系为例,以生产1 t小麦为评价的功能单元,应用生命周期评价（LCA）方法,比较了不同生态区小麦施肥的资源环境影响潜力。结果表明,三省环境影响综合指数大小依次为江苏0.288、河南0.201、陕西0.180。几种资源环境影响中,潜力大小依次是富营养化、环境酸化、温室效应、土地利用和能源消耗,其中施用氮肥引起的氨挥发是导致富营养化和酸化的主要因素。农户间生产的资源环境影响潜力差异很大,环境影响综合指数变异范围在34.9%～57.3%,陕西最高,江苏最低。如果将小麦追肥由撒施都改为沟施,三省的环境影响综合指数将降低28.0%～45.4%。     

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。     

成都平原典型秸秆循环利用模式的生命周期评价

运用生命周期评价理论,对成都平原典型秸秆循环利用模式的环境影响进行评估,探讨了不同农田生产模式的资源消耗与环境影响特征。结果表明:"稻–(菌废料)–麦"模式(FR模式)的温室气体排放总CO2当量为1.44×107 g CO2-eq,为3种模式中最小值,而"稻–(秸秆)–麦"模式(CFS模式)排放量最高;与传统农田生产模式(CF模式)比较,CFS和FR两种秸秆循环利用模式的环境酸化潜力,分别由6.44×104 g SO2-eq降至3.10×104 g SO2-eq和1.21×104 g SO2-eq,分别下降了51.85%和81.21%;CFS和FR模式的水体富营养化潜力相比CF模式,分别降低了24.21%和52.28%。从CF、CFS到FR模式,土壤毒性潜力逐渐下降,但3种模式中土壤重金属的残留比例仍然较高。3种秸秆循环利用模式的农作系统是造成潜在气候变暖、环境酸化、富营养化和土壤毒性的主要环节。由此,"稻–(菌废料)–麦"模式有利于节能减排,缓解全球气候变暖,降低环境影响潜力。     

三种类型温室建造的生命周期评价

为了确定温室建造过程对环境的影响程度及最大影响因素,该文应用生命周期评价(LCA)方法对3种温室建造过程造成的环境影响进行了评价。结果表明:3种温室建造对环境影响较大的是矿石资源消耗、化石燃料消耗、全球变暖和光化学烟雾4个方面;产生影响的阶段主要集中在建材生产阶段,占整个环境影响的90%以上;3种温室的建造所产生的环境影响类型是不同的,总的来说,考虑到不同温室类型使用年限的不同,在单位面积单位时间内芬洛温室在化石燃料消耗、矿石资源消耗、全球变暖、酸化、光化学烟雾以及灰尘对环境造成的影响最小,砖墙钢架日光温室在淡水资源消耗、木材消耗、水体富营养化及固体废弃物对环境造成的影响最小,但考虑到不同影响类型的权重,总体上砖墙钢架日光温室对环境的影响则是3种温室类型中最大的。该研究结果可为评价温室生产的资源消耗和环境影响提供方法借鉴,为设施建设选材提供参考。     

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。     

牛粪厌氧发酵酸化处理条件的优化

在牛粪厌氧发酵过程中,高含量的木质纤维素降低了厌氧发酵的水解酸化速度,水解酸化阶段成为牛粪厌氧发酵过程的限速步骤。为提高牛粪两相厌氧发酵甲烷的产量,对酸化处理条件进行优化。利用两相厌氧发酵工艺,在35℃发酵条件下,研究牛粪酸化处理时间、搅拌频率、料液浓度和尿素添加量对甲烷总产量的影响。单因素试验结果表明,最佳的酸化时间、搅拌频率、料液浓度、尿素添加量分别为96 h、3次.24 h 1(60 r·min-1,1 min·次-1)、8.0%、1.28 g·L-1。在单因素试验基础上,选取酸化时间、料液浓度、尿素添加量为自变量,以甲烷总产量为响应值,根据中心组合设计原理设计试验。采用3因素5水平的响应面分析法,建立酸化处理条件对甲烷产量影响的回归模型,进行显著性和交互作用分析。结果表明,在35℃、搅拌频率为3次.24 h 1(60 r·min-1,1 min·次-1)酸化条件下,酸化料液浓度对甲烷产量影响最大,尿素添加量次之,酸化时间影响最小;酸化最佳处理条件为:酸化时间93.7 h、料液浓度8.3%、尿素添加量1.26 g·L-1。经过优化,甲烷含量、总产气量、挥发性固体含量(VS)和化学需氧量(COD)去除率分别比未酸化处理提高了14.3%、44.7%、41.8%和33.9%,而酸化处理对纤维素、半纤维素和木质素含量影响不显著。由此可见,牛粪酸化处理有利于甲烷产生,可提高甲烷含量及VS和COD去除率。     

秸秆对猪粪静态兼性堆肥无害化和腐熟度的影响

为促进猪粪静态兼性堆肥产品无害化和腐熟,通过添加玉米秸秆调控堆体物理结构特性和碳氮比,采用传统自然发酵方式进行为期90d的静态兼性堆肥试验,分别设置纯猪粪处理(P)和秸秆调控处理(PC)研究静态兼性堆肥过程腐熟度指标、粪大肠菌群以及微生物群落结构演变特征。结果表明,秸秆调控增加了堆体孔隙率(提高19.41%),促进氧气向堆体内部扩散,增强了好氧微生物对有机质的降解,降低NH₄⁺-N,可溶性有机氮(dissolved total nitrogen, DTN)等植物毒性物质含量,提升了堆肥腐熟度,两组处理堆肥产品种子发芽指数分别为40.84%(P)和114.60%(PC)。静态兼性堆肥经过30～40 d自然发酵后,粪大肠菌群数量达到卫生安全标准,堆体温度、NH₄⁺-N和有机酸含量均会影响粪大肠杆菌的活性。堆体中微生物以厚壁菌门、放线菌门、变形菌门等与木质纤维素降解相关的菌门为优势菌门,堆体自上而下由好氧菌属演替为厌氧菌属,并形成好氧、兼性、厌氧的微生物分层。秸秆调控增加了堆体的好氧区域,促进和提高了猪粪...     

A Preliminary Comparative Study of Three Manure Composting Systems and their Influence on Process Parameters and Methane Emissions

Three cattle manure composting systems — windrowing, forced aeration with temperature feedback control and simple minimal intervention (manure stacks — “passive composting”) were compared with respect to specifically selected and operationally important process parameters including dry matter, moisture and volatile solids losses, volume reduction and bulk density changes. The windrowing method proved to be the most effective with respect to the above parameters. Preliminary investigations of methane from the three systems during processing showed that the minimal intervention method produced high levels of methane (> 4 percent) in the waste matrix. The intervention methods, of windrowing or forced aeration, drastically reduced methane output. The importance of animal manures in global agriculture, with reference to methane emissions and global warming, is briefly reviewed. The widespread reliance of manure disposal by the use of simple stacks, sometimes erroneously elevated to a processing status by use of the term “passive composting”, is questioned on ecological and environmental grounds. The data from this preliminary study shows the enormous impact that simple windrowing techniques can achieve in terms of organic waste conversion and product quality, concomittant with ecologically acceptable treatment routes.     

规模化肉牛场粪污收集与堆肥处理工艺设计

针对规模化肉牛场粪污的收集与处理问题,以干清粪工艺为研究对象,总结归纳了规模化肉牛场粪污收集量的计算公式,并以1万头肉牛养殖场为例计算了粪污的产生和收集量,在此基础上选取了堆肥技术处理牛粪,进行了牛粪堆肥处理工艺设计。结果表明:干清粪工艺下规模化肉牛场粪污收集量可由公式直接算出,粪污收集率系数为0.83。养殖规模为1万头的肉牛养殖场,每天的粪尿收集量为150 t,含水率为82%。日处理210 t原料(牛粪150 t+辅料60 t,含水率60%),可产生含水率35%的堆肥产品93.04 t;堆肥项目主要土建工程占地面积为17 738 m2,采用连续动态好氧堆肥处理工艺和配套设备后,实现了整个系统的自动化运行。     

采用EEM-FRI方法研究黑曲霉对牛粪堆肥腐熟及纤维素降解影响

为了优化堆肥工艺,提高堆肥产品质量,研究黑曲霉对牛粪堆肥腐熟度和纤维素降解的影响。该研究以牛粪为原料,小麦秸秆为辅料,以不添加黑曲霉为对照,分别添加1%、2%和3%的黑曲霉进行好氧堆肥,研究了黑曲霉不同添加量对腐熟度指标、养分含量、腐殖质组成以及纤维素组分的影响,并采用激发发射荧光光谱结合荧光区域积分（Excitation Emission Matrix fluorescence spectra -Fluorescence Regional Integration, EEM-FRI）对堆肥腐熟度进行评估。结果表明,与对照组相比,黑曲霉接种量为2%可快速提高发酵温度,高温期提前1d出现,胡敏酸含量较初期增加49.94 g/kg,富里酸较初期减少37.51 g/kg,并提高了腐殖化水平。黑曲霉接种量为3%时种子发芽指数提高了2.38%,总磷含量增加了22.3%,纤维素和半纤维素降解率分别是对照组的1.36、1.42倍,更有利于堆肥的腐熟。通过EEM-FRI法发现添加黑曲霉可促进有机物降解,并促进了腐殖质物质的形成,加快了堆肥腐熟。相关性分析表明,添加黑曲霉后,发酵物料总磷含量与纤维素、胡敏酸以及富里酸类物质之间的相关性显著,说明黑曲霉促进了纤维素的降解以及腐殖质类物质的形成。综合考虑堆肥腐熟度和纤维素降解水平,建议牛粪堆肥中黑曲霉添加量为2%～3%。该研究可为利用黑曲霉促进牛粪堆肥腐熟,提高有机肥品质提供支持。     

近30a垫江县基本与非基本农田有机碳动态演变分析

基本农田土壤有机碳密度(soil organic carbon density,SOCD)及其变化理应高于非基本农田,但受"保增长"的强势作用,基本农田SOCD及其变化,常常出现相反的结果。该文以1980s第二次土壤普查、2011年样点实测数据、2011年基本农田保护图等为基础,使用土壤类型法,对垫江近30 a基本与非基本农田SOC进行比对,结果表明:1垫江基本农田SOCD,在1980s和2011年均低于非基本农田,分别为682.89和365.75 kg/hm2。不同截面年份SOCD净增量为:基本农田非基本农田,近30 a基本农田SOCD增幅为11.28%。2基本与非基本农田SOCD和SOC储量,在1980s和2011年均展现出显著的空间差异,近30 a基本农田SOCD年均增加速率为(79.56 kg/(hm2·a))高于非基本农田的(68.99 kg/(hm2·a))。3基本农田与非基本农田在近30 a间的固碳、相对平衡和丢碳面积比,并未展现出显著差异;基本农田固碳和相对平衡的累积比,仅略高于非基本农田,分别为62.73%和61.98%;基本农田与非基本农田固碳、相对平衡和丢碳的空间格局,与相应的SOCD年均变化速率一致。4近30 a基本与非基本农田SOCD年均变化速率的主要影响因素表现为:1980s的SOCD SOCD1980s全N密度C/N比,受地形因子和土壤管理因素的影响相对较小。其中,SOCD1980s拥有负向影响作用,全N密度和C/N比则恰恰相反。该研究可为基本农田划定提供参考。     

湖北省集约化生猪生产系统的环境影响评估

为了解湖北省集约化生猪养殖系统的资源消耗及环境影响程度和识别重点生产环节造成的环境问题,基于生命周期评价(life cycle assessment,LCA)理论和Sima Pro(Version7.1.8)软件,利用Eco-indicator99生态指数法环境影响评价指标体系对湖北省集约化生猪养殖系统的环境影响进行了评估。结果表明:1)集约化养殖系统的环境单一评分为45.13分;2)主要的影响类型是土地占用(59.84%)、吸入无机物对呼吸系统损害(14.29%)、化石资源消耗(9.97%)、致癌物损害(7.80%)、酸化/富营养化(5.18%)、气候变化(1.90%);3)环境单一评分构成中仔猪生产阶段比例占17.91%,断奶后育肥阶段比例占82.09%,而且仔猪生产和育肥阶段的饲料消耗对土地占用、致癌物损害影响类型贡献较大,日常生产管理和粪污处理对吸入无机物对呼吸系统损害、酸化/富营养化、气候变化影响类型贡献较大;4)损害结果表明对人体健康影响最大环节是日常生产管理,对生态质量、资源消耗影响最大环节是饲料消耗。由此表明研究结果对生猪生产过程中减少资源消耗,采取降低环境影响的方法和措施,推动生猪养殖可持续发展有指导意义。