基于生命周期评价与能值分析的循环农业评价理论、方法与实证研究

发布时间：2017-12-07 10:12

  本文关键词：基于生命周期评价与能值分析的循环农业评价理论、方法与实证研究

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【摘要】：循环农业研究与实践是当前中国农业领域的研究热点。目前全国各地循环农业模式复杂多样,如何构建一套合理的循环农业评价体系是促进循环农业发展关键问题之一。本论文针对目前循环农业评价研究缺少定量化、标准化的评价方法的问题,基于国际生态经济学前沿的能值分析(EME)与生命周期评价(LCA)方法,在理论改进与计算过程规范的基础上,初步构建了适合我国循环农业系统评价的EME—-LCA综合评价框架,并进行案例实证研究。论文主要研究进展如下：(1)对能值评价方法环境服务核算、产品能值分配和投入资源分类等方面进行理论改进,提出其适用于循环农业综合评估的标准。研究指出,农业生产活动对农田土壤和水资源利用的影响可以根据农田水量平衡与土壤库有机质动态变化进行核算。同时,针对循环农业系统特点,提出系统产生的能够继续向下游做功的产品都是系统的“有效产品”,而无法向下游系统继续做功,只能回到系统上游强化其系统支撑网络的的产品是系统产出的“副产品(废弃物)”。其中,仅发生结构上的分离所产生的多种有效产品为分离产品,而无法独立产生,且经过不同物理、化学或生物过程产生的多种有效产品为并联产品,它们分别按照能值评价中的分离规则与并联规则进行能值分配,副产品(废弃物)所含能值则等于该环节发生前的所有原材料的能值之和。此外,由于“能值耗散”的存在,以信息、生物能反馈为代表的“高质反馈”途径的能值应该被全部计入新产品的总能值投入中,以逸散反馈为代表的“低质反馈”途径仅仅保留着再循环废弃物中有机质所具有的能值以及在田间驱动该循环过程的能值投入,而且再利用农业废弃物的可更新比例系数在能值计算中应该被视作100.0%。以上改进原则初步解决了秸秆、畜禽粪便等农业废弃物循环利用在能值评价中用原来方法无法体现效果的问题。(2)构建循环农业系统评价的EME—-LCA评价框架。该框架包含有衡量循环农业系统“减量化、再循环、再利用、可控化”水平的“4R指标体系”和衡量系统综合表现的“系统性指标体系”,能够满足对循环农业系统全生命周期能耗、排放特征进行全面分析。通过将生命周期清单数据库引入能值评价方法,对后者数据库构建起到补充作用。同时,将生命周期思想引入能值分析方法中,实现了循环农业复杂系统的适度“拆分”,从亚系统和农艺环节的角度分析系统节能减排优化的关键调控点,有助于循环农业系统综合优化方案的构建。此外,将生命周期评价中的潜在环境影响计算方法纳入能值评价,通过计算循环农业系统污染降级所需潜在环境服务补充能值评价中对于系统排放关注不足的问题。(3)实证研究表明循环型农业生产方式的综合表现优于非循环型生产模式,案例验证结果也表明EME-LCA评价框架适用于我国循环农业系统分析。基于EME-LCA评价框架,对河北省津龙公司“种—养—沼”循环模式的实证研究表明,相比于非循环型生产方式,津龙循环模式的减量化、再循环、再利用和可控化水平分别提高10.0%—97.9%,能值自给率提高281.2%,潜在环境影响综合指数降低34.5%,可持续发展指数提高83.6%。若针对该循环模式的能耗、排放关键点采用优化灌溉、优化施肥、电力替代、标准化管理和玉米替代等措施进行系统综合优化,该循环模式的减量化、再循环、再利用和可控化水平可在原有基础上再提高40.2%—-72.1%,能值自给率再提高33.4%,潜在环境影响综合指数降低17.1%,系统可持续发展水平再提高88.7%。综合来看,本研究基于理论规范改进构建的EME-LCA评价框架能够满足循环农业模式的“循环效果”和“节能减排水平”的综合评价,可以为我国各地循环农业发展模式评价提供方法借鉴。
【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】：S-0
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本文编号：1262025