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基于LCA的吉林省水稻生产水足迹和碳足迹的时空分异与影响因素研究

张惠云  
【摘要】:农业生产对全球气候变暖和水资源短缺及污染产生重要影响。农业是全球最大的耗水部门,2019年我国水资源公报显示,我国农业用水占总用水量的61%,同时《中华人民共和国气候变化第三次国家信息通报》显示我国农业活动造成的温室气体排放占全国温室气体排放的7.9%。水稻作为一种主要的粮食作物,其生产过程对环境产生一系列的负面影响。我国水稻种植过程中排放的温室气体占农业活动的22.6%,稻田中甲烷的排放占整个农业活动的40.1%。同时,水稻种植过程会消耗大量的淡水资源,对水资源造成很大的压力。因此,科学有效地评估水稻生产过程对环境产生的影响显得尤为重要。水足迹和碳足迹分别是评估水资源消耗和温室气体排放的指标,为综合评估农业生产对环境的影响提供了新途径。本文在总结国内外水足迹和碳足迹研究的基础上,采用生命周期评价方法,对吉林省2004-2018年水稻生产的水足迹和碳足迹进行核算,分析水足迹和碳足迹的时空变化特征及其组成结构变化。并利用STIRAPT模型和主成分分析法探究研究期内水稻生产水足迹与碳足迹的影响因素,为农业的可持续发展提供理论依据。得出以下主要结论:(1)2004-2018年吉林省水稻生产的水足迹呈波动下降趋势,年均值为149.95L H_2Oeq kg~(-1),其中水稀缺足迹为124.02 L H_2Oeq kg~(-1),约占83%,水劣化足迹为25.93 L H_2Oeq kg~(-1),约占17%。水足迹和水稀缺足迹表现出相同的变化趋势。(2)2004-2018年吉林省水稻生产的碳足迹呈波动增加趋势,年均值为0.595kg CO_2eq kg~(-1)。碳足迹构成中,44.33%的温室气体排放来源于甲烷,是水稻生产碳足迹的主要排放源,其次为化肥施用导致的温室气体排放,占比为26.58%。(3)利用相关分析探讨水足迹和碳足迹的关系,结果表明,水足迹和碳足迹的高值区和低值区在空间分布上不一致,具有明显的区域差异性。吉林省西部和中部地区的水足迹较大而碳足迹较小,而东部和中东部地区则碳足迹较高、水足迹较小。(4)利用STIRAPT模型和主成分分析法对吉林省水稻生产的水足迹和碳足迹影响因素进行分析,结果表明,年降水量和水稻的单位面积产量是水足迹变化的主要影响因素。农业机械总动力、化肥施用量和有效灌溉面积对碳足迹变化的影响程度较大。(5)吉林省的水稻生产应在保障水稻高产的基础上,针对不同区域的自然环境特点,分区域制定不同的缓解措施。可以通过改善施肥方式,提高农机使用效率,制定合理的灌溉方案,以达到优化水稻生产水足迹和碳足迹的目的,促进农业的可持续发展。


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