黄坚雄 隋 鹏 李媛媛 刘武仁 高旺盛 陈源泉

(1．中国农业大学农学与生物技术学院循环农业发展研究中心，北京100193;2．吉林省农业科学院农业环境与资源中心，吉林长春130033)

目前，保护性耕作技术已成为发达国家可持续农业的主导技术之一［1］。东北地区是我国主要粮食主产区之一，由于长期掠夺式经营，导致农业生态环境恶化，干旱加重，土壤水蚀、风蚀面积逐年扩大，水资源短缺，土壤肥力下降，严重影响黑土区农业持续高效发展，因此在该区发展保护性耕作具有重要意义［2］。农业是能源使用的主要部门，且能源使用和农业生产力有着必然的相关性［3］，但是大量的投入在促进粮食增产的同时也带来了负面的潜在环境影响［4］，同时研究农业措施对环境的影响具有一定的意义。本研究通过应用生命周期评价方法系统评价东北地区不同耕作模式对不同的环境类型的潜在影响，为农业技术推广应用提供一定的借鉴。

1 材料与方法

1．1 数据来源

数据来源见文献［5］。

1．2 农业系统生命周期评价方法

根据文献［6］确定系统边界及指标。

1．2．1 清单分析及参数选择

方法见文献［6］，具体投入见表1。

(1)农资生产系统。能源、化肥及农药生产的相关能耗、污染物排放系数及转换参数见梁龙和 IPCC(2007)的相关研究［8，10］。

表1 不同耕作模式生产1t玉米物资投入

(2)农作生产系统。农作系统中各污染物的排入清单根据文献［6，9－13］中的相关参数计算所得。

1．2．2 影响评价步骤

影响评价具体计算过程见文献［6］。

2 结果

2．1 影响评价

2．1．1 能源消耗与气候变化

由表2可看，TT的能源消耗最大，为3 321 MJ/hm2·t，均比4种保护性耕作高约500 MJ/hm2·t。其中氮肥主要耗能环节与TT相比，4种保护性耕作模式平均约少排放82．82% 的 CO2－eq，即约少 排放 446．4 kg/hm2· t的CO2－eq，其中CT2排放最少，CT3排放最多。温室气体排放主要发生在农资生产环节，主要为CO2，主要在氮肥生产环节产生。在农作系统中，4种保护性耕作增加了土壤碳，抵消了大部分排放的温室气体，在农作系统中温室气体排放的主要为N2O，主要来源氮肥的田间直接损失。综上所述，氮肥使用是农业能耗和温室气体排放的主要原因。

表2 不同耕作模式能源消耗及温室气体排放清单

2．1．2 环境酸化

由表3可以看出，与TT相比，4种保护性耕作模式平均约少排放15．37%的，即少排放1．246 kg/hm2·t的。导致环境酸化主要发生在农作系统，其酸化物质为NH3和NOx，主要来源氮肥的损失。

2．1．3 富营养化

由表4可知，与TT相比，4种保护性耕作模式平均约少排放15．28%的PO4－－eq，即约少排放 0．2140 kg/hm2·t的PO4－－eq。导致环境富营养化主要发生在农作系统，主要污染物为NH3和NO3－，主要来源于氮肥的损失。

2．1．4 水体毒性、土壤毒性与人体毒性

水体毒性的 1，4 － DCB－eq平均为 12．45 kg/hm2·t，而土壤毒性则为0．7223 kg/hm2·t。就水体毒性和土壤毒性而言，不同耕作模式中产生重金属的贡献率极小，几乎为农药导致;就人体毒性而言，4种保护性耕作模式的平均排放0．1120 kg/hm2·t的1，4 －DCB－eq。水体毒性、土壤毒性及人体毒性的主要污染物均为农药。

2．2 标准化与加权评估

标准化结果见表6。其中，水体毒性的标准化结果最大，4种保护性耕作的平均值为2．5773，代表生产1t玉米所造成的水体毒性相当于2000年世界人均环境潜在影响潜力的257．73%，而TT则为239．90%;其次为富营养化，为62．47%，能源消耗的环境影响潜力最小，仅为0．11%。与传统耕作相比，保护性耕作显著减少了全球暖化，但对其他环境类型的影响较小。

对各环境影响类型的数据标准化只能说明其潜在环境潜在影响的相对大小，即使两种环境潜在影响潜值相同，它们对同一国家或地区可持续发展的重要程度是不一样的，而加权评估则能反应其对环境的综合影响程度［8］。加权评估值越大，表明对环境影响越大，通过加权评估后可得表7结果，由表可看出，传统耕作模式与4种保护性耕作模式所造成的环境影响综合指数差异不大，但保护性耕作比传统耕作小。各环境影响类型中以水体毒性为主要的环境影响类型，传统耕作模式和4种保护性耕作模式的平均值分别占综合环境影响的67．13%和71．70%，其次为富营养化，而其他环境类型影响则相对较小。可见，吉林省玉米生产对环境的影响应主要关注的环境影响类型为水体毒性，故应减少农药使用。

表3 不同耕作模式的环境酸化清单 单位:kg/hm2·t

表4 不同耕作模式的富营养化清单 单位:kg/hm2·t

3 结论

(1)与传统耕作相比，吉林省玉米农田4种保护性耕作模式的能源消耗、温室气体排放、环境酸化和富营养化问题平均比传统耕作轻，但水体毒性、土壤毒性及人体毒性平均比传统耕作重。能源消耗造成温室气体排放的主要因素为氮肥的生产，造成环境酸化和富营养化的主要原因均为氮肥的施用，而水体毒性、土壤毒性及人体毒性主要因素为农药的施用。

表5 不同耕作模式的生态毒性与人体毒性清单 单位:kg/hm2·t

表6 不同耕作模式各环境影响类型标准化结果

表7 不同耕作模式各环境影响类型加权评估结果

(2)综合各种环境影响因素，吉林省玉米农田4种保护性耕作模式的潜在影响均小于传统耕作，水体毒性为最主要的类型，其次为富营养化。

(3)与传统耕作相比，4种保护性耕作能平均减少约82．82% 的 CO2－eq，但全球变暖并不是主要的环境影响类型，更值得关注的是水体毒性和富营养化。

(编辑:王爱萍)

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