典型设施蔬菜生产系统水肥、农药投入及环境影响的生命周期评价

发布时间：2018-03-22 09:17

本文选题：设施蔬菜　切入点：肥料　出处：《中国农业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：目前,资源高投入的设施蔬菜种植模式在我国较为普遍,由此带来的环境问题备受关注。本文以山东寿光和北京典型设施蔬菜种植区为研究对象,通过实地调查和大量农户问卷,开展对其施肥、灌水和农药投入现状调查和详尽分析。并采用投入-产出方法,对种植系统经济收益进行估算分析。从设施建造、农资生产及运输到种植,再到收获,都与资源、能源和环境有不可分割的关系。评价设施蔬菜生产系统环境影响时不应只着手于种植阶段,还应考虑设施建造和农资生产等环节。因此,本文应用生命周期评价方法,分别以1吨产品和1公顷耕地为功能单元分析设施蔬菜生产系统环境影响并对比分析不同情景的评价结果。基于农户调研数据的空间变异性,通过核密度曲线分析结果不确定性。为编制设施蔬菜生命周期数据清单和统一量化环境影响评价方法提供了数据支持和理论依据。主要结果和结论如下：(1)设施蔬菜农户种植管理仍存在严重问题。1)肥料投入过量。2014年,山东寿光单季养分N、P205和K20利用率低,在5.76%47%之间。2015年北京地区单季养分投入量远大于作物吸收,是后者的2.48～31.33倍。粪肥施用量大,其中山东寿光和北京地区的单季施用量分别为84.8t·hm-2和50.4 t·hm-2(以干重计)。有机肥是肥料的主要来源。在山东寿光地区,由有机肥带入的N、P205和K20分别占总养分的70.7%、60.2%和65.2%。在北京地区,养分N、P205和K20来自有机肥的比例分别为58.4%、56.9%和52.3%。2)少数农户采用滴灌灌溉。在山东寿光地区,26.4%的农户采用滴灌,而单季滴灌平均用水量为830 mm,比传统灌溉可以节省18.9-27.4%。在北京地区,采用滴灌的农户只占5.88%,而单季平均灌溉量为385 mm,比传统灌溉节省20.7%～34.1%。另外,在传统灌溉条件下,灌溉是影响养分投入的关键因素,两者之间呈极显著正相关(P0.01)。在滴灌条件下,肥料养分平均投入比传统漫灌可以节省10.5-33.5%。3)农药施用量大。山东寿光和北京日光温室秋冬茬蔬菜单季的农药用量分别高达46.5 kg·hm-2和40.4 kg·hm-2。这种过量施肥、不合理灌溉及经验施药的种植行为会造成严重资源浪费和巨大环境压力。因此,我国设施蔬菜必须加快转变发展方式,着力构建现代种植方式、产业体系和管理体系,以保证其可持续发展。(2)肥料、种苗、农药和农膜是设施蔬菜成本投入的主要构成。寿光地区设施蔬菜总收益、净收益均高于北京,但收益率不及北京,这主要受成本投入和市场价格的影响。在山东寿光地区,收益与肥料养分总投入和有机肥养分投入呈显著正相关,与化肥不显著。在北京地区,收益与有机肥养分投入呈显著正相关。农户不能单靠扩大种植面积来提高收益。在山东寿光地区,种植面积在1～2亩的设施净收益最高,在1亩以下的设施收益率最高。在北京地区,种植面积在1.5～2亩的设施净收益和收益率均最高,而种植面积在该范围的调查农户比重较小。(3)在寿光地区日光温室,生产1t蔬菜,需能源5285 MJ。全球温室效应GWP(以CO2当量计)、环境酸化AP(以SO2当量计)、富营养化EP(以P043-当量计)、土壤生态毒性TAETP(以1,4-DCB当量计)、水体生态毒性FAETP(以1,4-DCB当量计)和人类毒性HTP(以1,4-DCB当量计)分别为246 kg、3.38 kg、1.49 kg、37.9 kg、59.8 kg和48.7kg。相比黄瓜、辣椒和茄子,每公顷设施菜田种植番茄的环境影响最低。在北京地区,日光温室每生产1t番茄,需要能源6520MJ。GWP、AP、EP、TAETP、FAETP和HTP分别为379 kg、4.46 kg、1.57 kg、55.5 kg、96.7 kg和51.5 kg,数值比寿光地区高,这主要与产量有关。(4)种植过程是造成AP、EP和TAETP的关键阶段。农资生产环节带来的主要环境问题是GWP和HTP。温室建造环节造成的主要环境问题是能源消耗。基于农户调研数据的统计结果显示,核密度曲线呈正偏态分布,少数农户种植蔬菜的环境影响很高,因而在区域管理上应该着重优化位于曲线右尾端的温室。从情景假设评价结果可知,减量施肥是减少大部分环境影响类型的最有效途径,尤其是在温室效应和生态毒性方面。农药减量化可以明显节省能源和减少GWP、 TAETP和FAETP。延长温室年限可以明显节省能源和减少对人类毒性的影响。PVC比EVA棚膜可以显著节省能源。因此,从环境角度出发,一方面应该合理调控施肥量和控制农药用量；另一方面,应该使用清洁生产的农资产品和降低温室建造过程的环境影响,比如采取更加环保棚膜和延长温室使用年限。
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【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S626;X82

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