摘要：應用生命周期評價方法，將“小麥-水稻”輪作生產體系生命周期劃分為原料開采、農資生產和農田種植三個階段，對秸稈不還田、全量還田、半量還田3種還田量下，生命周期各階段的能源消耗與溫室氣體排放進行了清單分析，并進行了溫室氣體增溫潛勢評價。結果表明：以氮肥生產為主的農資生產階段與原料開采階段是能源消耗的主要階段，占作物生產全生命周期能耗的70%左右；溫室氣體排放則以農田種植階段為主。相較秸稈不還田處理，秸稈全量還田和半量還田增加了作物產量，降低了單位產品（分別為1 t小麥和1 t水稻）生產的CO2、N2O排放量，分別減排CO227.05%、31.23 %，減排N2O 17.74%、14.51%，而CH4排放分別增加39.56%、12.38%；但在20 a、100 a時間尺度上，農田綜合增溫潛勢GWP均顯著降低。秸稈還田配合氮肥減施能有效降低農田生產系統生命周期能耗及溫室氣體增溫潛勢。

　　關鍵詞：秸稈；溫室氣體；生命周期評價

　　現階段，我國糧食作物種植正在實現從傳統產業模式向集約化、高效化現代產業模式的轉變。在此過程中，種植廢棄物產出量大幅增加，并越來越呈現集中化的態勢。據估算，全國每年產生農作物秸稈達7.0億t，加上蔬菜廢棄物、林業廢棄物、畜禽糞便及肉類加工廠廢棄物等，已成為世界上農業廢棄物產出量最大的[1 ]。種植業廢棄物是農業生產的潛在養分資源庫，合理應用可一定程度改善農田土壤理化性質，提高土地生產能力[2 ]，但因缺少資源化利用的政策引導、資金投入，故進行處理時常常采取在田間直接堆積焚燒的方式[3]，往往又成為生態環境的主要污染源之一。目前對于種植廢棄物的循環再利用方式主要是作為生物質能材料，用作沼氣、發電、壓縮燃料等[4 ]，但受生產運輸成本高、投入產出效益不顯著等影響，技術推廣受限。因此，將其作為農田有機物料就近消納，將農田生態系統作為種養廢棄物消納及資源化利用的場所，仍然是當前種植廢棄物的主要處理方式之一。

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　　1.材料與方法

　　1.1田間試驗設計與溫室氣體采集

　　田間試驗區域位于成都平原都江堰市天馬鎮（N30°57′0.99′′；E103°44′3.69′′），該區屬中亞熱帶濕潤季風氣候區，年均溫15.2°C，年降水量1200 mm，年均無霜期280 d。區域地形平坦，土壤為灰色沖積物發育的淹育型水稻土，多年來以“稻-麥”輪作為主。“小麥-水稻”輪作田間試驗于2012年10月至2013年9月進行。本研究在常規施用化肥的基礎上，設置秸稈不還田（N1）、秸稈全量還田（N1+S）、秸稈半量還田（N1+0.5S）共3個處理。根據前作產量，按照谷草比1∶1計算，全量稻草為7500 kg·hm-2、全量麥秸為5250kg·hm-2，播種后出苗前在各小區均勻撒施。化肥施用量根據當地傳統習慣施肥量確定，小麥季施肥量為180 kg·hm-2N、75 kg·hm-2P2O5、75 kg·hm-2K2O，水稻季為180 kg·hm-2N、90kg·hm-2P2O5、90kg·hm-2K2O。常規氮肥為尿素（46.4%），磷肥為過磷酸鈣（P2O5，12%），鉀肥為氧化鉀（K2O，60%）。

　　1.2目標定義與范圍界定

　　以一個“麥-稻”輪作季生產1 t小麥、1 t水稻為評價功能單元，分析在作物生產過程中，將前茬作物秸稈進行不同量還田后，其資源與能源消耗及其環境影響，探討種植業廢棄物的農田適宜消納量。研究的起始邊界從與麥稻生命周期有關的初級能源原料開采開始，終止邊界為作物種植管理輸出農作物產品及污染物。研究考察原料開采、農資生產和作物種植三個階段的物質投入所引起的能源消耗與環境排放。原料開采階段主要考慮化石能源（煤、石油、天然氣）等初級能源開采，以及柴油、電力等次級能源生產的能量耗費及溫室氣體排放；農資生產階段主要考慮氮肥（尿素）在生產過程中的能耗與溫室氣體排放；農田種植階段考慮整地、播種、施肥、除草除蟲、作物收獲等引起的能耗與溫室氣體排放。研究系統邊界示意見圖2。

　　2.結果分析

　　2.1清單分析

　　2.1.1原料開采階段清單生產1 t小麥和1 t水稻所需原料開采耗能以秸稈不還田處理（N1）最高，為6 832.72 MJ·t-1，比還田處理分別高14%左右，而秸稈全量還田處理N1+S與半量還田處理N1+0.5S無明顯差異，如表6所示。各處理農資生產階段所需原料耗能均比農田種植階段高8%左右，小麥季比水稻季高42.19%～70.06%。原料系統的溫室氣體排放主要是初級能源開采和次級能源生產過程中燃料燃燒釋放的CO2、CH4氣體，秸稈還田處理比不還田處理減排CO2約14%、減排CH4約13%。

　　2.1. 2農資生產階段清單秸稈不還田處理N1的尿素生產耗能比秸稈全量還田N1+S、秸稈半量還田處理N1+0.5S分別高13.78%、14.02%，CO2當量排放也呈現相同趨勢，見表7。

　　2.2溫室氣體增溫潛勢

　　將各處理排放的溫室氣體量換算為CO2量，各處理在兩種時間尺度下的溫室氣體全球增溫潛勢（GWP）如表12。結果表明，在20年、100年兩個時間尺度上，各處理GWP量均為N1>N1+S>N1+0.5S。在兩個時間尺度上，秸稈全量還田和半量還田處理的農田溫室氣體全球增溫潛勢均較不還田處理N1顯著降低，其中20年尺度上分別降低12.60%、23.98%，100年尺度上分別降低21.37%、28.26%。

　　3討論

　　本研究運用生命周期評價方法對秸稈還田下的“麥-稻”輪作農田生態系統生命周期能耗及溫室氣體排放進行了分析。相關研究表明[21]，秸稈還田能改善土壤物理性狀，增加土壤有機質及養分含量，增加微生物活動強度，且與化肥配施能實現較好的增產效果。本研究中秸稈還田處理比不還田處理增產14%~15%，產量的增加使得麥、稻產品生產的投入產出效率增高，相應降低了單位產品（1 t小麥和1 t水稻）的能耗及溫室氣體排放量。

　　參考文獻：

　　[1]孫永明,李國學,張夫道,等.農業廢棄物資源化現狀與發展倡議[J].農業工程學報, 2005, 25（8）：169-173.SUN Yong-ming, LI Guo-xue, ZHANG Fu-dao, et al. Status quo anddevelopmental strategy of agricultural residues resources in China[J].Transactions of the CSAE, 2005, 25（8）：169-173.

　　[2]蔡太義,黃會娟,黃耀威,等.不同量秸稈還田覆蓋對土壤活性有機碳及碳庫管理指數的影響[J].自然資源學報, 2012, 27（6）：964-974.CAI Tai-yi, HUANG Hui-juan, HUANG Yao-wei, et al. Effects of dif－ferent rates of straw mulching and returning to field on soil labile organ－ic carbon and carbon pool management index[J].Journal of Natural Re－sources, 2012, 27（6）：964-974.

　　楊 娟，王昌全*，白根川，游來勇，易云亮，黃帆，李喜喜