吉林省玉米農田保護性耕作的環境影響評價

黃堅雄 隋 鵬 李媛媛 劉武仁 高旺盛 陳源泉

(1．中國農業大學農學與生物技術學院循環農業發展研究中心，北京100193;2．吉林省農業科學院農業環境與資源中心，吉林長春130033)

目前，保護性耕作技術已成為發達國家可持續農業的主導技術之一［1］。東北地區是我國主要糧食主產區之一，由于長期掠奪式經營，導致農業生態環境惡化，干旱加重，土壤水蝕、風蝕面積逐年擴大，水資源短缺，土壤肥力下降，嚴重影響黑土區農業持續高效發展，因此在該區發展保護性耕作具有重要意義［2］。農業是能源使用的主要部門，且能源使用和農業生產力有著必然的相關性［3］，但是大量的投入在促進糧食增產的同時也帶來了負面的潛在環境影響［4］，同時研究農業措施對環境的影響具有一定的意義。本研究通過應用生命周期評價方法系統評價東北地區不同耕作模式對不同的環境類型的潛在影響，為農業技術推廣應用提供一定的借鑒。

1 材料與方法

1．1 數據來源

數據來源見文獻［5］。

1．2 農業系統生命周期評價方法

根據文獻［6］確定系統邊界及指標。

1．2．1 清單分析及參數選擇

方法見文獻［6］，具體投入見表1。

(1)農資生產系統。能源、化肥及農藥生產的相關能耗、污染物排放系數及轉換參數見梁龍和 IPCC(2007)的相關研究［8，10］。

表1 不同耕作模式生產1t玉米物資投入

(2)農作生產系統。農作系統中各污染物的排入清單根據文獻［6，9－13］中的相關參數計算所得。

1．2．2 影響評價步驟

影響評價具體計算過程見文獻［6］。

2 結果

2．1 影響評價

2．1．1 能源消耗與氣候變化

由表2可看，TT的能源消耗最大，為3 321 MJ/hm2·t，均比4種保護性耕作高約500 MJ/hm2·t。其中氮肥主要耗能環節與TT相比，4種保護性耕作模式平均約少排放82．82% 的 CO2－eq，即約少 排放 446．4 kg/hm2· t的CO2－eq，其中CT2排放最少，CT3排放最多。溫室氣體排放主要發生在農資生產環節，主要為CO2，主要在氮肥生產環節產生。在農作系統中，4種保護性耕作增加了土壤碳，抵消了大部分排放的溫室氣體，在農作系統中溫室氣體排放的主要為N2O，主要來源氮肥的田間直接損失。綜上所述，氮肥使用是農業能耗和溫室氣體排放的主要原因。

表2 不同耕作模式能源消耗及溫室氣體排放清單

2．1．2 環境酸化

由表3可以看出，與TT相比，4種保護性耕作模式平均約少排放15．37%的，即少排放1．246 kg/hm2·t的。導致環境酸化主要發生在農作系統，其酸化物質為NH3和NOx，主要來源氮肥的損失。

2．1．3 富營養化

由表4可知，與TT相比，4種保護性耕作模式平均約少排放15．28%的PO4－－eq，即約少排放 0．2140 kg/hm2·t的PO4－－eq。導致環境富營養化主要發生在農作系統，主要污染物為NH3和NO3－，主要來源于氮肥的損失。

2．1．4 水體毒性、土壤毒性與人體毒性

水體毒性的 1，4 － DCB－eq平均為 12．45 kg/hm2·t，而土壤毒性則為0．7223 kg/hm2·t。就水體毒性和土壤毒性而言，不同耕作模式中產生重金屬的貢獻率極小，幾乎為農藥導致;就人體毒性而言，4種保護性耕作模式的平均排放0．1120 kg/hm2·t的1，4 －DCB－eq。水體毒性、土壤毒性及人體毒性的主要污染物均為農藥。

2．2 標準化與加權評估

標準化結果見表6。其中，水體毒性的標準化結果最大，4種保護性耕作的平均值為2．5773，代表生產1t玉米所造成的水體毒性相當于2000年世界人均環境潛在影響潛力的257．73%，而TT則為239．90%;其次為富營養化，為62．47%，能源消耗的環境影響潛力最小，僅為0．11%。與傳統耕作相比，保護性耕作顯著減少了全球暖化，但對其他環境類型的影響較小。

對各環境影響類型的數據標準化只能說明其潛在環境潛在影響的相對大小，即使兩種環境潛在影響潛值相同，它們對同一國家或地區可持續發展的重要程度是不一樣的，而加權評估則能反應其對環境的綜合影響程度［8］。加權評估值越大，表明對環境影響越大，通過加權評估后可得表7結果，由表可看出，傳統耕作模式與4種保護性耕作模式所造成的環境影響綜合指數差異不大，但保護性耕作比傳統耕作小。各環境影響類型中以水體毒性為主要的環境影響類型，傳統耕作模式和4種保護性耕作模式的平均值分別占綜合環境影響的67．13%和71．70%，其次為富營養化，而其他環境類型影響則相對較小。可見，吉林省玉米生產對環境的影響應主要關注的環境影響類型為水體毒性，故應減少農藥使用。

表3 不同耕作模式的環境酸化清單 單位:kg/hm2·t

表4 不同耕作模式的富營養化清單 單位:kg/hm2·t

3 結論

(1)與傳統耕作相比，吉林省玉米農田4種保護性耕作模式的能源消耗、溫室氣體排放、環境酸化和富營養化問題平均比傳統耕作輕，但水體毒性、土壤毒性及人體毒性平均比傳統耕作重。能源消耗造成溫室氣體排放的主要因素為氮肥的生產，造成環境酸化和富營養化的主要原因均為氮肥的施用，而水體毒性、土壤毒性及人體毒性主要因素為農藥的施用。

表5 不同耕作模式的生態毒性與人體毒性清單 單位:kg/hm2·t

表6 不同耕作模式各環境影響類型標準化結果

表7 不同耕作模式各環境影響類型加權評估結果

(2)綜合各種環境影響因素，吉林省玉米農田4種保護性耕作模式的潛在影響均小于傳統耕作，水體毒性為最主要的類型，其次為富營養化。

(3)與傳統耕作相比，4種保護性耕作能平均減少約82．82% 的 CO2－eq，但全球變暖并不是主要的環境影響類型，更值得關注的是水體毒性和富營養化。

(編輯:王愛萍)

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