不同施肥模式下甘薯乙醇生命周期能效与环境影响分析

采用生命周期分析方法,以1 000 L甘薯乙醇为单位功能单元,将甘薯乙醇生产体系分成作物种植、原料运输和乙醇转换等3个单元,对其生命周期能耗与环境排放进行清单分析和影响评价,比较习惯施肥与测土配方施肥下甘薯乙醇生命周期9类环境影响潜力的差异。结果表明：两种施肥模式下甘薯乙醇生产体系的生命周期能源效率分别为1.41和1.43。习惯施肥模式下甘薯乙醇生命周期主要环境影响类型包括人体毒性、富营养化、酸化、淡水生态毒性、能耗和全球变暖,其环境影响潜力分别相当于2000年世界人均影响潜力的40%、40%、31%、29%、25%和20%。测土配方施肥降低了化学氮肥和磷肥使用量,提高了肥料利用效率和甘薯单产,使富营养化、淡水生态毒性、酸化和全球变暖潜力分别降低了31%、15%、9%和7%。可见,测土配方施肥模式可改善甘薯乙醇生命周期的能源效率并显著缓解其负面环境影响。     

测土配方施肥对湖北省N2O减排的贡献

为弄清测土配方施肥项目实施后对氧化亚氮(N_2O)排放产生的影响及其带来的经济效益.本研究通过比较传统施肥和测土配方推荐施肥的农田氮(N)投入量,依据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》方法,分别估算了农田N_2O的直接排放和间接排放.结果表明,测土配方施肥项目从2004年开始实施至2013年的10年时间里,共减少氮肥的施用量74.39×104t(折纯N),作物产量增加1898.05×104t;10年里共减少N_2O排放总量为2.24×104t,其中由氮肥施用量减少带来的N_2O减排量为1.57×104t,作物产量提高带来的N_2O减排量为0.67×104t;湖北省不同区域的N_2O减排量与该地区项目实施面积密切相关,项目实施10年来襄阳市N_2O减排总量最大,为0.31×104t,其次是荆州市,减排量为0.26×104t,神龙架林区N_2O减排总量最小,仅为0.0034×104t;不同作物对N_2O减排的贡献以玉米减排总量最大,为0.54×104t,占减排总量的24.17%,其次为水稻,减排量为0.49×104t,芝麻减排总量最小,仅0.018×104t.按照湖北省碳交易市场最新交易价格25元·t-1C来计算,湖北省实施测土配方施肥项目10年来仅N_2O减排所带来效益可达1.74亿元.测土配方施肥项目不仅在湖北省粮食增产上有重要贡献,对减少N_2O排放也有重要贡献,并带来一定的经济效益.     

湖北省油菜测土配方施肥下N2O减排潜力估算

以油菜种植大省-湖北省为案例地,在分析农田氮肥施用与油菜籽产量的基础上,依据氮肥利用率变化,估算测土配方施肥技术在湖北省全面推广的情况下,带来的N2O减排潜力.结果表明,在湖北省油菜种植中,测土配方施肥技术的推广将带来646.32ktCO2-eq的理论减排.以2012年湖北省油菜测土配方推广情况为基础,进一步全面实施该项技术,将产生173.91ktCO2-eq的减排量,占油菜种植因氮肥使用而产生的N2O排放总量的13.98%.测土配方施肥通过优化营养元素配比,提高油菜氮肥利用效率,是一项控制与减少农业N2O排放、减少氮素在环境中盈余量的有效措施.     

太湖流域农户环境友好型技术采纳行为及其环境和经济效应评价——以测土配方施肥技术为例

论文基于太湖流域上游地区221 户水稻生产农户调查数据,利用Probit 模型分析了农户采纳测土配方施肥技术的影响因素,然后构建投入需求和产出供给方程,评价了测土配方施肥技术采纳的环境和经济效应。研究表明,平均年龄越小、家庭耐用资产状况越好以及上一年与农技推广人员接触次数越多的农户,越倾向于选择测土配方施肥技术,而受教育年限较少或较多的农户都不愿意选择该技术。测土配方施肥技术确实能够起到降低化肥施用量和提高水稻产量的双重作用,控制其他条件,测土配方施肥技术采用率每增加1%,化肥施用量降低0.09%(0.45 kg/hm²),而水稻单产提高0.04%(2.91 kg/hm²)。若研究区域实现测土配方施肥全面推广应用,将可进一步减少化肥用量34.91 kg/hm²,同时提高水稻产量223.98 kg/hm²,具有较可观的环境和经济效应。但是测土配方施肥技术的实际推广进程缓慢,项目管理实施也不够规范,为此,有必要加大测土配方施肥技术研究投入,加强对技术的宣传和培训工作,同时结合示范户的榜样作用,以点带面促进该技术的深入推广和规范实施。     

黄土塬区旱作冬小麦增产潜力研究

在长期冬小麦潜势试验和肥料试验的基础上 ,建立了作物光温水肥产量模型 ,从光温生产潜力、旱作产量潜势、现阶段施肥水平下光温水肥产量潜力和目前试区产量现状共4个层次 ,对黄土塬区旱作冬小麦的增产潜力进行了分析。结果指出 ,目前黄土塬区冬小麦实际产量仅达到了光温潜力的41 6 %、旱作产量潜势的49 3 %、试区施肥水平下光温水肥产量潜力的78 6 %。因此 ,采用合理施肥方式和加强田间管理 ,黄土高原塬区旱作冬小麦还有较大的增产潜力。     

生命周期视角下废弃餐饮油脂炼制生物柴油的环境效益分析

废弃餐饮油脂的资源化利用是关乎公众健康和环境保护的重要举措.目前我国废弃餐饮油脂炼制生物柴油的环境效益尚不明晰、国家政策模糊,相关产业发展滞缓.本研究以国内废弃餐饮油脂炼制生物柴油的典型企业为例,利用GaBi软件对废弃餐饮油脂的收集、预处理、酯化和运输等过程全生命周期阶段的资源环境影响进行系统核算,评估其环境效益,以期为国家生物柴油行业发展和相关政策制定提供科学依据.研究结果表明:①整个生命周期过程中,酯化阶段的环境影响最大,各指标占比为52.91%～96.05%,其环境影响主要是由燃煤、用电和甲醇消耗引起;②敏感性分析结果显示,燃煤、用电、甲醇消耗和收集距离的变化对整个生命周期环境影响结果有着较大影响;③废弃餐饮油脂炼制的生物柴油生命周期化石能源消耗16406 MJ·t~(-1)、温室气体排放815 kg CO_2 eq·t~(-1),与石化柴油相比,具有较好的节能和温室气体减排效益.     

介孔MnO_2催化剂的生命周期评价

生命周期评价能对产品生产全过程所涉及的环境问题进行评价,是筛选和开发高效、成本低、环境性能好的产品的重要支持工具。基于生命周期法对介孔MnO_2催化剂产品生命周期的资源消耗和污染物排放数据进行了环境影响评价,结果表明:生产1 t介孔MnO_2催化剂所需资源是人均资源消耗量的68.44倍;介孔MnO_2生命周期的主要环境影响类型为化石燃料的消耗、气候变化、酸化、人体健康和颗粒物的生成;介孔MnO_2生命周期产生的污染物中95%是电能消耗产生的,因此,要降低整个生命周期环境影响,需适当改进生产工艺,使用低电耗设备。     

浙江省某开发区清洁生产实施绩效评估

采用问卷调查、现场调研相结合的形式,从主要经济指标、环保投入、能资源消耗、污染物排放、综合利用等五方面,对浙江省某开发区主导行业典型企业实施清洁生产所取得的绩效进行了定量评估。通过评估发现,某开发区内企业通过实施清洁生产,在环保投入方面不断增加,同时能资源消耗指标大幅下降,污染排放不断减少,综合利用水平有所上升,取得了较大的经济与环境效益。     

水泥窑协同处置工业废弃物的生命周期评价

以废白土、废催化剂和污染土壤等工业废弃物为研究对象,运用生命周期评价(LCA)方法,对水泥窑协同处置废弃物的环境影响进行评价.通过建立生产过程输入、输出清单,从全球变暖潜值、资源消耗潜值、人体毒性潜值等方面,基于Gabi5.0软件进行建模与计算,对水泥窑常规生产工艺与协同处置工业废弃物工艺产生的环境影响进行比较.结果表明:功能单位(1 t)水泥的生产过程中,常规生产工艺和协同处置工艺的环境影响潜值分别为5.78×10~(-11)和5.61×10~(-11),协同处置工艺使得全生命周期环境影响潜值降低了2.94%;水泥生产过程最主要的环境影响是全球变暖和人体毒性,其中,协同处置工艺下这两种环境影响分别降低了0.80%和1.80%,资源消耗相比常规生产降低了11.1%;从全生命周期看,水泥生产中熟料煅烧阶段对环境的影响最大,协同处置工艺下熟料煅烧阶段的环境影响相比常规生产降低了8.0%.协同处置工艺相比常规生产工艺有更好的环境效益.     

以晶体硅太阳能电池产业为例的产业生命周期评价初探

面对日益复杂的环境问题和精细化环境管理需求,为了将生命周期评价在产业结构调整、发展方式转变中更好地发挥作用,对在产业层面开展生命周期评价的方法进行了探索研究.产业生命周期评价是在产品生命周期评价的基础上增加了:①基于“可拆解可组合”生态设计理念的功能单位和系统边界确定;②质量评估和数据整合的数据收集过程;③以不确定性分析来验证数据的合理性.选择晶体硅太阳能电池产业进行了产业生命周期评价的案例应用.结果表明:晶体硅太阳能电池产业可分为4个产品单元和11个工艺单元.基于上述产品单元和工艺单元的资源能源投入和污染物排放数据进行收集,在数据质量评估之后通过数据整合形成了产业生命周期数据清单.产业生命周期环境影响主要集中在呼吸系统影响（41.94%）、化石燃料（25.20%）、致癌（14.89%）和气候变化（8.80%）4个环境影响类别;减少环境影响的精准化途径是减少高纯多晶硅、硅片、电池片产品的电耗,组件产品中焊带消耗,硅片产品中的砂浆消耗和组件产品的铝合金边框消耗.蒙特卡洛分析结果显示,高纯多晶硅生命周期评价结果不确定性较高,与数据质量评估的结果较为一致.案例应用结果说明,产品生命周期评价可将生命周期评价从产品层面提升到产业层面,可为国家产业发展提供科学支撑.      

华北高产粮区夏玉米生命周期环境影响评价

以山东省桓台县夏玉米生产体系为例,应用生命周期评价方法,以单位产量为评价功能单元,把夏玉米生命周期分为原料开采与运输、农资生产与运输、作物种植3个生产阶段,对不同施氮水平下夏玉米生命周期的资源消耗与污染物排放进行了清单分析和影响评价.结果表明,随着施氮量的增加,夏玉米生命周期环境影响呈指数上升趋势,其中,主要影响类型为水资源耗竭,这与农作物需水量较大、水分生产率较低有关.在低氮量条件下,主要污染影响类型是全球变暖,随着施氮量的增加,富营养化上升为主要污染影响类型.提高作物种植阶段水肥利用效率是控制夏玉米生命周期环境影响的关键,它可减少夏玉米对水资源和氮肥的需求,从而直接减少农田氮素损失污染影响,也间接降低了上游生产环节的资源消耗与污染物排放影响,进而有助于降低夏玉米生命周期环境影响总潜力.     

良种补贴政策的环境效应研究

以小麦良种补贴政策为例,将单位面积化肥施用量作为环境效应评估的代理变量,基于市级农业数据构建了双重差分模型,量化了政策实施导致的单位面积化肥施用量的变化,进而评估化肥施用量变化导致的农户种植成本、温室气体排放和社会碳成本的变化.结果表明,该政策实施使单位面积化肥施用量下降了5.9%,农户种植成本减少了139.42元/hm²,温室气体排放减少了822.06kg CO₂e/hm²,社会碳成本减少了301.91元/hm²,充分补偿了良种补贴的财政支出.建议未来农业补贴政策的制定、改进及推广应充分考虑其潜在的环境影响,以加强农业增产和环境效益的协同.     

基于化肥削减潜力及碳减排的小麦生产效率

基于2004~2015年中国小麦主产省份的小麦生产投入产出数据,分析了中国小麦生产的化肥削减及碳减排潜力,并利用SBM模型和ML指数分别测算了小麦生产的环境效率和环境全要素生产率.结果显示：科学施肥条件下,主产省份小麦生产的化肥削减及碳减排潜力分别为51.66%、37.41%;化肥削减及碳减排条件下,小麦生产环境效率未降低,2004~2015年间平均的小麦生产环境效率为0.970,北方地区的小麦生产环境效率要低于南方地区,小麦生产的MLEFFCH指数、MLTECH指数、ML指数超过了1,大于化肥未削减、全碳排放条件下的MLEFFCH指数、MLTECH指数、ML指数,化肥削减及碳减排利于实际生产向最大产出迫近,以达到生产的帕累托最优状态.     

青铜峡灌区水稻田化肥氮去向研究

青铜峡灌区是我国古老的特大型灌区和粮食主产区之一,灌区农田氮肥的过量施用已经导致化肥氮向水体流失.用15N示踪微区试验方法研究了青铜峡引黄灌区习惯灌溉量条件下水稻田化肥氮素去向.结果表明,施氮量为当地习惯施氮300kg.hm-2时,水稻吸收的化肥氮在籽粒中最多,氮肥的当季利用率为45.93%,吸收的土壤氮约占52.63%;作物中的回收率为27.90%,在0～90cm土壤中的残留率为23.31%,作物-土壤体系中的回收率为51.21%,氮肥的损失率为48.79%;氮肥除了被当季作物吸收和部分以矿质氮残留在土壤中外,灌区19×104hm2的水稻田化肥氮年流失量为2.78×104t,生产1000kg水稻(净籽粒),排放纯氮20.17kg;在0～90cm土壤层中均有化肥氮残留,残留化肥氮主要富集在表层0～30cm,在60～90cm检测到化肥氮,说明青铜峡引黄灌区在习惯灌溉量条件下,水稻田当季的化肥氮淋溶到90cm以下,成为浅层地下水的潜在污染源.     

不同施肥措施对土壤活性有机碳的影响

采用田间试验,研究了不同施肥措施下,华北冬小麦-夏玉米轮作体系中潮土土壤活性有机碳含量及组分的变化特征.结果表明,施肥显著增加土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳含量,与不施肥相比,增加幅度分别为24.92～38.63 mg·kg-1和0.94～0.58 g·kg-1,其中单施有机肥对土壤水溶性有机碳含量增加作用大于配施化肥和化肥单施,单施有机肥或与化肥配施对土壤易氧化有机碳的提升效果优于单施化肥.有机肥或化肥单施对土壤微生物量碳没有显著促进作用,而有机肥与化肥配施土壤微生物量碳含量分别增加36.06%和20.69%;土壤易氧化有机碳、水溶性有机碳和微生物量碳占总有机碳的比例变化范围分别为8.41%～14.83%、0.47%～0.70%和0.89%～1.20%,施肥显著提高了土壤水溶性有机碳和易氧化有机碳比例,不同施肥措施对水溶性有机碳的提升效应没有显著差异.有机肥与化肥配施对易氧化有机碳的比例提升作用大于有机肥或化肥单施,同时显著增加土壤微生物量碳比例,但有机肥或化肥单施对土壤微生物量碳比例没有显著作用.可见,在试验地条件下,有机肥与化肥的适当配施对于增加土壤活性有机碳含量和有效调控其关键组分具有重要作用.     

化肥减量与有机物料添加对华北潮土微生物氮循环功能基因丰度和氮转化遗传潜力的影响

有机物料作为生态友好型的化肥替代品为农业生态系统带来了巨大的经济和环境效益.然而,在化肥减量的基础上添加有机物料会对土壤氮（N）循环产生何种影响依旧知之甚少.在此,设置了常规施肥（NPK）、化肥减量（NPKR）、化肥减量配施秸秆（NPKRS）、化肥减量配施有机肥（NPKRO）、化肥减量配施秸秆和有机肥（NPKROS）共5种施肥处理,采用实时定量PCR方法测定微生物N循环功能基因丰度,并估算微生物N转化遗传潜力.结果表明,与NPK处理相比,有机物料添加显著增加了参与有机N分解、N固定和N还原的异养微生物数量,而降低了执行氨氧化的自养微生物丰度.因此,异养微生物的比例增加,自养微生物的比例降低.施肥措施变化显著提高了微生物N存储和气态N排放潜力,降低了NO₃^-淋溶潜力,N₂ O还原潜力也有所提升.基于距离的冗余分析（db-RDA）表明,5种施肥处理间N循环功能基因丰度差异显著（PERMANOVA,P=0.002）,NH₄⁺是驱动这种变化的关键因子,施用有机肥有利于异养N循环功能微生物,并且同时加入秸秆增强了这种影响.Pearson相关分析表明N存储潜力和气态N排放潜力均与NH₄⁺含量显著负相关;NO₃^-淋溶潜力与SOC和TN含量显著负相关,而与NH₄⁺含量显著正相关.综上所述,在化肥减量基础上添加有机物料有利于增加农田土壤N库,降低土壤N淋溶损失,甚至在特定环境下可以降低N₂ O排放的环境风险.