面向可持续农业生产体系：LCA 在玉米种植的案例研究 | MDPI Sustainability

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文章导读

18 世纪工业革命以来，不可再生能源被大规模利用，农业活动范围不断扩大，进而导致了温室气体日益增加。本研究利用生命周期评估 (Life Cycle Assessment, LCA) 调查了在巴基斯坦生产玉米对全球变暖和人类健康损害的潜在影响，并根据研究结果提出了缓解影响的相关方案和战略。作者描述了 LCA 在巴基斯坦玉米上的应用，重点介绍了生产链中对热点的识别。研究结果表明，人类健康损害和全球变暖之后的环境外部性也与玉米生产有关。

主要研究结果

本研究结果表明 (表 1)，田间排放和氮肥是影响玉米种植体系全球变暖潜力值 (Global Warming Potential, GWP) 的主要因素。野外排放是富营养化、水生酸化和一氧化碳的主要来源，而施用氮肥是一氧化二氮 (N₂O) 的重要来源。在玉米生产过程中，燃料和化肥施用方面虽然生产效率低，但对全球变暖的影响最大。

表1. 玉米生产系统的特性化指标。(注：C₂H₃CI 氯乙烯、PM 颗粒物、CFC 氟氯碳、TEG 三乙二醇、C₂H₄ 乙烯、SO₂ 二氧化硫、CO₂ 二氧化碳、PO₄ 磷酸盐；MJ 兆焦耳)

表 2 说明了玉米生产中陆地生态毒性对环境的影响 70% 与农场排放有关。Ghasempour 和 Ahmadi 对伊朗的一个玉米生产系统进行了研究，并估计得出氮肥造成的影响最大。

表2. 影响类别的百分比。

表 3 进一步展示了玉米作物的标准化损伤评估 (Normalized Damage Assessment, NDA)。人类健康是因施用化肥造成的直接排放所导致的最高损害类别。作者的研究结果与 Elahi 等人的研究结果一致。此外，氮肥对资源消耗损害类别的负面影响最大，其次是柴油燃料消耗。作者的研究结果与 Payandeh 和 Taki 等人的研究结果一致。

表3. 不同输入消耗量的标准化损坏。

图 1 展示了玉米作物的 NDA。研究结果表明，巴基斯坦的玉米生产对人类健康造成的损害最大。作者的研究结果与 Paramesh 等人 的研究结果一致。据估计，LCA 是槟榔生产过程中对环境产生的最大影响。在农业生产过程中，直接排放到空气中的气体是造成人类健康损害的主要原因。

图1. 玉米作物的 NDA。

作者计算了氮肥的利用率，涉及每个地区和整个研究区域 (10 个区)，并将地区分为轻、中等和极端地区 (图 2)。此前的研究也得出结论，合成肥料的使用不当与排放及其他后果显著相关。Zulfiqar 和 Thapa 认为，化肥使用不平衡是巴基斯坦旁遮普省小麦生产效率较低的主要原因。

图2. 轻度、中度和极端外部性的研究区域。

表 4 显示了通过减少氮基化肥来减轻环境影响的潜力。结果表明，化肥使用减少 5% 至 100%，可使水生酸化对玉米生产的环境影响减轻 4.38% 至 87.58%。将豆科植物整合到作物轮作中，可以通过大气固氮提供所需的化学氮。本研究建议用生物肥料取代传统的化肥，从而减轻作物生产系统对环境的影响。

表4. 通过减少氮基肥料来缓解对环境的影响。

研究结论

本研究使用 LCA 来确定巴基斯坦玉米生产的全球变暖潜势、人类健康、资源枯竭和生态系统的损害类别。研究发现，人类健康是受损最严重的类别，其次是气候变化、全球变暖和资源消耗。频繁灌溉和过度投入玉米生产会导致气候变化和资源枯竭。本研究结果进一步表明，氮肥的直接和间接排放是环境研究的热点。此外，减少过度使用农业投入可能是一项潜在的可持续作物生产战略。所以，正确使用农用化学品，通过保护性耕作、高效灌溉系统和其他控制杂草与害虫的综合方法，可尽量减少燃料消耗。本课题仍需进行进一步研究，以确定其他农业生产系统的 LCA。

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原文出自 Sustainability 期刊

Abbas, A.; Zhao, C.; Ullah, W.; Ahmad, R.; Waseem, M.; Zhu, J. Towards Sustainable Farm Production System: A Case Study of Corn Farming. Sustainability 2021, 13, 9243.

   Sustainability 期刊介绍

主编：

Marc A. Rosen, University of Ontario Institute of Technology, Canada

期刊主要涉及环境、经济、社会、工程科学等领域的可持续研究。

2020 Impact Factor	3.251
2020 CiteScore	3.9
Time to First Decision	15.4 Days
Time to Publication	41 Days

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