基于LCA的北京市农作物环境足迹集成及其影响评价

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在全球面临的众多环境问题中,温室气体排放、淡水资源匮乏和生物生产性土地短缺三大问题尤为突出。农业部门是我国水消耗量最大的部门,从粮食安全、就业以及对农村生计的贡献来看,其是我国国民经济的重要部门,但同时也是土地和水资源使用以及温室气体、营养物质和其他类型排放环境负担的主要来源。如何科学评价农业部门的资源环境胁迫,已成为相关学科亟待解决的问题。为了有效表征农业部门的环境影响,本文引入环境足迹相关概念,以北京市农作物为研究对象,对其不同类型的环境足迹进行定量测度。由于传统环境足迹评价往往仅从资源消耗角度进行分析,无法评估其潜在环境影响,本文基于生命周期评价(Life cycle assessment,LCA)的方法,定量解析了北京市主要农作物(冬小麦、玉米、大豆、薯类、花生和棉花)的水足迹、碳足迹及土地足迹。此外,考虑到单一的足迹只能评估某一方面的环境影响,而不同足迹之间往往相互影响、相互制约,本文通过标准化、权重判断和集成化对不同环境足迹进行集成耦合,形成一个综合的足迹指标,对农作物的环境影响进行综合考量。结果表明:北京市农作物水足迹为棉花最大,为90209 L H2Oe?kg-1,约是大豆的2.77倍,花生的9.28倍,小麦的17.07倍,玉米的22.67倍以及薯类的23.21倍;单位面积碳足迹棉花最大,为3431.14 kg CO2-eq/hm2,约为冬小麦的5.21倍、玉米的10.25倍、大豆的4.49倍、薯类的9.30倍以及花生的4.34倍。土地足迹玉米最大均值为6.63×105gha,是冬小麦、花生、大豆、棉花和薯类的3.04倍、27.77倍、30.75倍、166.88倍、188.09倍。集成环境足迹中水足迹和土地足迹的贡献相对较大,碳足迹的贡献比较小,表明北京市农作物水资源和土地资源环境压力更大。棉花的集成环境足迹最大,其15年间均值为9.714,其次是大豆、冬小麦、花生,玉米和薯类的集成环境足迹最小,分别为3.504和2.447,仅是棉花的0.361和0.252。除花生的集成足迹上升了60.11%外,集成足迹整体呈现下降趋势,尤其是大豆下降率达到58.25%。集成环境足迹比任何单一的环境足迹都能更加全面的表征环境影响。本次研究结果也表明北京市应考虑种植较多玉米类粮食作物,玉米不仅环境影响小,同时也是经济效益相对高的农作物,避免种植棉花等对环境影响较大的农作物。为了进一步评估农作物环境足迹的潜在影响,本文基于Eco-indicator99生命周期评价方法,从人类健康、生态系统质量和资源消耗三个方面对不同农作物进行环境影响分析。在生命周期评价中,人类健康这一终点指标的环境影响排序为棉花>薯类>大豆>花生>玉米>冬小麦;生态系统质量这一影响类别中花生>冬小麦>棉花>薯类>玉米>大豆;资源消耗的环境影响排序为棉花>大豆>花生>冬小麦>薯类>玉米,且棉花远远大于其他5种农作物。此外,本文基于Pfister等修正的Eco-indicator99方法对农作物水足迹环境影响进行了定量评估,结果表明棉花三个方面的影响均为最大,其次是大豆,玉米和薯类的环境影响值最小。在资源稀缺且环境胁迫的双重压力下,为平衡经济发展与环境质量,农作物生产的环境影响评估与调控已刻不容缓。根据研究结果,为降低北京市农作物资源环境压力,建议高环境影响的粮食作物(棉花、大豆等)选择生态补偿方式进行区域间贸易合作。推广节水灌溉技术和宣传节水理念,最大限度的提高水资源利用率。同时提倡施用有机肥和农家肥;利用不同物种间的相互关系,推行三维种植模式,实行多作物的复合栽培,实现土地利用最大化。
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