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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 23 期摇 摇 2011 年 12 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
不同海拔高度高寒草甸光能利用效率的遥感模拟 付摇 刚,周宇庭,沈振西,等 (6989)…………………………
天山雪岭云杉大气花粉含量对气温变化的响应 潘燕芳,阎摇 顺,穆桂金,等 (6999)……………………………
春季季风转换期间孟加拉湾的初级生产力 刘华雪,柯志新,宋星宇,等 (7007)…………………………………
降水量对川西北高寒草甸牦牛粪分解速率的影响 吴新卫,李国勇,孙书存 (7013)……………………………
基于 SOFM网络对黄土高原森林生态系统的养分循环分类研究 陈摇 凯,刘增文,李摇 俊,等 (7022)…………
不同油松种源光合和荧光参数对水分胁迫的响应特征 王摇 琰,陈建文,狄晓艳 (7031)………………………
盐生境下硅对坪用高羊茅生物学特性的影响 刘慧霞,郭兴华,郭正刚 (7039)…………………………………
高温胁迫对不同种源希蒙得木叶片生理特性的影响 黄溦溦,张念念,胡庭兴,等 (7047)………………………
黄土高原水土保持林对土壤水分的影响 张建军,李慧敏,徐佳佳 (7056)………………………………………
青杨雌雄群体沿海拔梯度的分布特征 王志峰,胥摇 晓,李霄峰,等 (7067)………………………………………
大亚湾西北部春季大型底栖动物群落特征 杜飞雁,林摇 钦,贾晓平,等 (7075)…………………………………
湛江港湾浮游桡足类群落结构的季节变化和影响因素 张才学,龚玉艳,王学锋,等 (7086)……………………
台湾海峡鲐鱼种群遗传结构 张丽艳,苏永全,王航俊,等 (7097)…………………………………………………
洱海入湖河流弥苴河下游氮磷季节性变化特征及主要影响因素 于摇 超,储金宇,白晓华,等 (7104)…………
转基因鱼试验湖泊铜锈环棱螺种群动态及次级生产力 熊摇 晶,谢志才,蒋小明,等 (7112)……………………
河口湿地植物活体鄄枯落物鄄土壤的碳氮磷生态化学计量特征 王维奇,徐玲琳,曾从盛,等 (7119)……………
EDTA对铅锌尾矿改良土壤上玉米生长及铅锌累积特征的影响 王红新,胡摇 锋,许信旺,等 (7125)…………
不同包膜控释尿素对农田土壤氨挥发的影响 卢艳艳,宋付朋 (7133)……………………………………………
垄作栽培对高产田夏玉米光合特性及产量的影响 马摇 丽,李潮海,付摇 景,等 (7141)…………………………
DCD不同施用时间对小麦生长期 N2O排放的影响 纪摇 洋,余摇 佳,马摇 静,等 (7151)………………………
氮肥、钙肥和盐处理在冬小麦融冻胁迫适应中的生理调控作用 刘建芳,周瑞莲,赵摇 梅,等 (7161)…………
东北有机及常规大豆对环境影响的生命周期评价 罗摇 燕,乔玉辉,吴文良 (7170)……………………………
土壤施硒对烤烟生理指标的影响 许自成,邵惠芳,孙曙光,等 (7179)……………………………………………
不同种植方式对花生田间小气候效应和产量的影响 宋摇 伟,赵长星,王月福,等 (7188)………………………
西花蓟马的快速冷驯化及其生态学代价 李鸿波,史摇 亮,王建军,等 (7196)……………………………………
温度对麦长管蚜体色变化的影响 邓明明,高欢欢,李摇 丹,等 (7203)……………………………………………
不同番茄材料对 B型烟粉虱个体发育和繁殖能力的影响 高建昌,郭广君,国艳梅,等 (7211)………………
基于生态系统受扰动程度评价的白洋淀生态需水研究 陈摇 贺,杨摇 盈,于世伟,等 (7218)……………………
两种典型养鸡模式的能值分析 胡秋红,张力小,王长波 (7227)…………………………………………………
四种十八碳脂肪酸抑藻时鄄效关系分析的数学模型设计 何宗祥,张庭廷 (7235)………………………………
流沙湾海草床重金属富集特征 许战州,朱艾嘉,蔡伟叙,等 (7244)………………………………………………
基于 QuickBird的城市建筑景观格局梯度分析 张培峰,胡远满,熊在平,等 (7251)……………………………
景观空间异质性及城市化关联———以江苏省沿江地区为例 车前进,曹有挥,于摇 露,等 (7261)………………
基于 CVM的太湖湿地生态功能恢复居民支付能力与支付意愿相关研究 于文金,谢摇 剑,邹欣庆 (7271)……
专论与综述
北冰洋海域微食物环研究进展 何剑锋,崔世开,张摇 芳,等 (7279)………………………………………………
城市绿地的生态环境效应研究进展 苏泳娴,黄光庆,陈修治,等 (7287)…………………………………………
城市地表灰尘中重金属的来源、暴露特征及其环境效应 方凤满,林跃胜,王海东,等 (7301)…………………
研究简报
三峡库区杉木马尾松混交林土壤 C、N空间特征 林英华,汪来发,田晓堃,等 (7311)…………………………
广州小斑螟发生与环境因子的关系 刘文爱,范航清 (7320)………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*336*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*39*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄12
封面图说: 黄河的宁夏段属于中国的半荒漠地区,这里气候干燥、降水极少(250mm以下)、植被缺乏、物理风化强烈、风力作用
强劲、其蒸发量超过降水量数十倍。 人们从黄河中提水引水灌溉土地,就近形成了荒漠中的绿洲。 有水就有生命,
有水就有绿色。 这种独特的条件形成了人与沙较量的生态关系———不是人逼沙退就是沙逼人退。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 23 期
2011 年 12 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 23
Dec. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中丹国际合作项目———全球有机农业:从全球食物链角度评价有机农业的可持续性; 北京市生态重点学科资助项目(XK10019440)
收稿日期:2010鄄10鄄26; 摇 摇 修订日期:2011鄄05鄄30
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: qiaoyh@ cau. edu. cn
罗燕, 乔玉辉, 吴文良.东北有机及常规大豆对环境影响的生命周期评价.生态学报,2011,31(23):7170鄄7178.
Luo Y, Qiao Y H, Wu W L. Environment impact assessment of organic and conventional soybean production with LCA method in China Northeast Plain.
Acta Ecologica Sinica,2011,31(23):7170鄄7178.
东北有机及常规大豆对环境影响的生命周期评价
罗摇 燕, 乔玉辉*, 吴文良
(中国农业大学资源与环境学院, 北京摇 100094)
摘要:选择我国主要有机出口农产品之一———大豆作为研究对象,采用生命周期评价、DNDC模型、实地调研等方法建立大豆生
命周期资源消耗和环境排放清单,分析比较了出口型有机大豆、国内消费型有机大豆以及国内消费型常规大豆的生命周期环境
影响。 结果表明:3 种不同生产消费型大豆生命周期中资源消耗、酸化以及全球变暖对综合环境影响贡献最明显,基本上占到
综合环境影响评价的 30%左右,而富营养化和生态毒性的贡献率较低,小于 10% 。 从生命周期的不同阶段分析,3 种消费模式
的大豆其运输阶段对于各分类环境影响的贡献率最大,都在 50%以上,对资源消耗的贡献率更是在 80%以上。 从 2 种不同的
生产模式看无论是全球变暖、酸化、资源消耗还是生态毒性都是有机大豆的环境影响综合指数小于常规大豆,对环境产生的负
面影响较小。 综合比较 3 种不同生产消费型大豆,国内消费的有机大豆生命周期综合环境影响最小,其环境影响综合指数比常
规大豆的减少 31% 。 但是出口有机大豆由于出口使运输距离延长,其生命周期综合环境影响最大。 因此,环境管理关键是提
倡有机产品本地消费以缩短运输距离,或者采用环保型能源以减少环境排放。
关键词:生命周期评价; 有机大豆; 常规大豆; 环境影响
Environment impact assessment of organic and conventional soybean production
with LCA method in China Northeast Plain
LUO Yan, QIAO Yuhui*, WU Wenliang
Department of Environment and Resources, China Agriculture University, Beijing 100094, China
Abstract: The environmental impacts of the growing global trade with organic products during both production and transport
have gained increasing attention. One of main organic export products in China namely soybean was studied using the life
cycle assessment method, the DNDC model and on site survey in the northeastern region to quantify the impact of resource
depletion and environmental impact. The environment hotspots in the life cycle for three different types of soybean
production were identified: Exported Organic Soybean (EOS), Locally鄄consumed Organic Soybean (LOS) and Locally鄄
consumed Conventional Soybean (LCS).
Data for agricultural inputs were obtained directly from 29 organic and 14 conventional soybean farmers who filled in
questionnaires for the growing season 2006—2007. Data on the transportation and fertilizers were obtained from the retailers
and the trade company. For the DNDC model, data for soil conditions and climate were obtained from the local government,
own analysis selected samples and from the organic trade company. This study focused on global warming, resource
depletion, eutrophication, acidification and ecological toxicity as impact categories for LCIA. Normalization references for
global warming, eutrophication and acidification are specific for China whereas normalization references for resource
depletion and ecological toxicity are global due to lack of emission data for those two categories. Expert judgment was used
to get the weighting factors.
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The results showed that resource depletion, acidification and global warming potential accounted for a considerable
fraction of total environment impact with about 30% for each item while eutrophication and eco鄄toxicity only accounted for
less than 10% respectively. EOS showed the highest value for energy consumption compared to LOS and LCS.
Transportation contributed the most and the fraction in EOS can reach as high as 95% , but it was also considerable for LCS
and LOS. Besides, production of fertilizer depleted 11% of the resource for LCS. The EOS and LCS showed almost the same
acidification potential followed by LOS. SO2 emitted from transport stage was the main reason for this, which was due to
energy consumption and burning of fuel. During production, conventional soybeans emitted 716 gSO2 鄄equiv. / t compared to
590 gSO2 鄄equiv. / t from organic soybeans mainly due to more machinery hours in the field. The agricultural input production
stage emitted 788 g SO2 鄄equiv. / t for conventional soybeans, especially for the production of phosphorous fertilizer. EOS
had the highest global warming potential and locally鄄consuming soybeans minimized carbon dioxide emission. The carbon
dioxide emission from transport ranged from 784 kg CO2 鄄equiv. / t to 1477 kg CO2 鄄equiv. / t which accountted for a large
fraction in the life cycle. Eutrophication potential of LCS was 1. 8 and 1. 4 times greater than that from LOS and EOS. The
agricultural input production stage was the most significant and contributes to 55% of the total amount. In the farming
stage, organic soybeans emitted almost 640 g NO3 鄄equiv / t which was greater than conventional soybeans because of higher
input of N. In LCS, ecological toxicity potential accounts for 8% of environmental impact. Considering all the factors for
environment impact, LOS was most environment鄄friendly option which can reduce the environmental impacts by 33% and
31% compared to EOS and LCS. Locally produced organic soybeans consumed in China could reduce CO2 emission and
energy consumption by 47% and 33% respectively. This could also decrease acidification and eutrophication risk by 19%
and 46% compared to EOS and LCS. LOS would therefore not only decrease resource depletion, but also met the
requirements for pollution reduction. Thus, locally consumed organic products are environmentally favorable.
Key Words: life cycle assessment; organic soybean; conventional soybean; environmental impact
近年来,中国有机农业发展迅速,据估算,2004 年全国有机产品出口额约为 3. 5 亿美元[1]。 贸易和出口
是中国有机农业的主要驱动因素,主要贸易产品为大豆、南瓜籽、葵花籽等籽仁类产品,产品主要销往北美、欧
洲和日本[2]。
随着农业环境问题凸显,国内外农业环境学家纷纷研究迅速发展的有机农业对环境的影响。 研究表明有
机农业在维持土壤肥力、提高生物多样性及降低水体富营养化方面有积极作用[3]。 但是这种环境影响评价
仅限于农业生产的各个环节,并没有进行综合评价,随着有机农业贸易的发展,农产品长距离运输带来环境影
响不可忽视[4]。
在此需求下,生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA)作为一种更加全面的环境影响评价方法开始从
工业领域引入农业领域,该方法可以综合地定量评价与分析农业生产全生命周期过程的资源利用与环境负
荷[5]。 目前,LCA案例研究主要集中在中欧、北欧地区,主要目的在于识别农业系统的环境热点以及比较不
同农业生产体系(有机农业、集约化农业)对于环境的影响[6]。 国内王明新曾运用 LCA方法评价华北冬小麦
生命周期的环境影响[7],但还没有人运用 LCA方法,对比研究同一种农产品在不同的生产消费模式下对于环
境的影响。
本研究选择我国主要有机出口农产品之一———大豆为研究对象,采用生命周期评价方法、DNDC 模型、实
地调研以及查阅文献等方式建立大豆生命周期资源消耗和环境排放清单,分析比较国内消费型常规大豆、国
内消费型有机大豆以及出口型有机大豆的生命周期环境影响,旨在为东北地区大豆可持续的生产和生产消费
模式提供决策支持。
1摇 调查方案及研究方法
1. 1摇 调查方案
摇 摇 本研究调查的区域位于吉林省敦化市盆地东部,属中温带湿润季风气候,当地土壤肥沃,以暗棕壤为主,
1717摇 23 期 摇 摇 摇 罗燕摇 等:东北有机及常规大豆对环境影响的生命周期评价 摇
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土壤有机质含量较高,森林资源丰富,森林覆盖率高达 72% 。 农业主产大豆、玉米,兼产水稻、烟叶、蔬菜,是
吉林省大豆主产区之一。 当地主要有两种农业种植体系:有机种植体系以及常规种植体系。 我们所调查的有
机种植体系是有机贸易公司于 1998 年在当地建立有机生产基地,采用公司加农户的合作形式,农户按照有机
贸易公司的年度种植计划进行生产,公司为农户提供种子、技术培训、承诺产品收购,产品主要销往欧美市场。
所调查的有机农场共有 52 块地块,主要种植作物是大豆和玉米,调查结果表明,有机地块平均面积为 16. 57
hm2,地块和农户住所的平均距离是 1. 42 km,农业机械有拖拉机,播种机,犁等,主要燃料是柴油,样本中农户
家的动物粪便主要用于还田。 所调查的常规种植体系位于同一区域,常规农户平均地块面积为 5. 46 hm2,地
块和住所的平均距离为 2. 98 km,主要机械类型同上,在调查的常规农户中,农户主要使用化肥,无需使用农
家堆肥,粪便一般不用于还田,施在房前屋后的菜园里。
大豆生产阶段分为有机及常规两种种植模式,主要区别在于不同的投入物及数量,运输阶段分为国内及
出口两种模式,主要区别在于不同的运输距离及运输工具(表 1)。 本研究中有机大豆的农田生产环节信息来
源于随机抽取的 15 个村庄 29 户农户的投入产出调查,运输环节信息来源于有机贸易公司问卷调查,出口有
机大豆的运输路线为:从镇仓库出发经汽车运输至敦化市火车站,运程约 102 km,后由铁路运输至大连,运程
约为 2000 km,再经海上货轮运至荷兰鹿特丹港,运程为 22555 km。 常规大豆的农田生产环节信息来源于随
机抽取的 12 个村庄 14 户农户的投入产出调查,运输环节信息来源于对当地零售商调查,产品主要供应华北
以及华南地区的压榨企业及消费市场,国内消费有机大豆的运输信息与常规大豆相同。 农业投入物的生产、
运输信息来源于对当地农资销售点调查, 调查农户所用化肥来自山东某肥料生产厂。
表 1摇 不同大豆生命周期描述
Table 1摇 LCA descriptions of different soybean
生命周期
Life cycle
项目
Item LCS LOS EOS
生命周期
Life cycle
项目
Item LCS LOS EOS
生产阶段
Production stage
农机 / (h / hm2)
Machine
37. 1 24. 2 24. 2
堆肥 / (m3 / hm2)
Compost
0 13. 6 13. 6
化肥 / (kg / hm2)
Fertilizer
148 0 0
种子 / (kg / hm2)
Seeds
55. 38 56. 79 56. 79
除草剂 / (L / hm2)
Herbicide
2 0 0
杀虫剂 / (kg / hm2)
Pesticide
0. 8 0 0
产量 / (kg / hm2)
Yield
3125 2822 2822
晕运输阶段
Transportation
stage
农业投入物生产
阶段
Farming input
production stage
货车 / km
Truck 103 103 102
火车 / km
Train 3773 3772 2000
渡轮 / km
Tanker 0 0 22555
煤 / kg
Coal 21. 14 0 0
电力(kW·h)
Electricity 29. 30 0 0
磷矿 / kg
Phosphorus 36. 21 0 0
原油 / kg
Oil 2. 34 0 0
1. 2摇 研究方法
农业生命周期评价就是解析伴随农业生产活动而引起的所有物质和能量的投入、产出与可计量的环境负
荷之间的关系,以评价农业生产活动的资源消耗、能源消耗以及对环境的综合影响[5]。
1. 2. 1摇 目标定义与范围界定
研究以生产 1 t大豆为评价的功能单元,评价生命周期是从生产到目标市场的全过程。 主要包括大豆的
生产、运输及农业投入物的生产、运输等阶段(图 1)。
1. 2. 2摇 清单分析
清单分析是进行生命周期评价的基础,它的核心是建立以功能单元表达的产品系统的输入输出。 本研究
数据收集共分两个阶段,第一阶段是通过调查问卷收集输入系统的数据,调查问卷包括基本信息、地块信息、
农事操作信息、产品输出及产品加工信息共计 5 个模块,可收集农户地块面积、农机燃料使用情况、农事操作
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农业投入物运输
种植阶段
农业投入物生产
农产品运输
种植阶段
国内市场
种植阶段
农产品运输
国际市场
农产品运输
国内市场
LCS 资源消耗
污染物排放
EOS 资源消耗
污染物排放 污染物排放
LOS 资源消耗
图 1摇 目标定义框架
Fig. 1摇 LCA system boundary of soybean
投入物的名称及数量、单位面积产量、残茬处理方式、农资生产厂家信息、运输工具及距离等详细情况,涵盖大
豆生命周期所有环节(表 1)。 第二阶段是核算输出系统数据,本研究分别计算了农资生产环节、运输环节及
农业生产环节的资源消耗量和环境排放量。 农业生产环节氮、磷养分平衡从鲁如坤等对我国典型地区农业生
态系统养分循环和平衡研究[8]及 DNDC模型得出,从张颖等人的研究获得大气氮沉降量[9],农机排放系数从
《环境保护实用数据手册》获得[10],农资生产环节从《化肥企业清洁生产审核指南》 [11]、环评报告获得生产单
位质量尿素、磷酸二铵所消耗资源量及污染物排放量(表 2)。 运输环节从《环境保护实用数据手册》 [10]及
Simapro软件数据库获得运输 1 km·kg消耗资源量及污染物排放量(表 2)。 农业生产环节采用 DNDC 模型,
模拟氮素平衡(表 5)。
表 2摇 生产 1t大豆农资生产环节、农业生产环节及运输环节的输入输出信息
Table 2摇 Input鄄output inventory of farming input production, production and transportation for 1t soybean
农资生产环节*
Farming input
production stage
项目
Item
量
Amount
运输环节
Transportation
stage
项目
Item
有机大豆
Organic soy
常规大豆
Conventional soy
输 入 Input
输出 Output
煤 / kg
Coal 21. 14
电 / (kW / h)
Electricity 29. 30
磷矿 / kg
Phosphorus 36. 21
原油 / kg
Oil 2. 34
COD / g 65. 06
CO2 / kg 84. 25
CO / g 48. 78
NH+4 鄄N / g 110. 40
N2O / g 251. 55
SO2 / g 213. 55
NO / g 210. 18
CH4 / g 23. 54
火车
Train
货车
Truck
油轮
Tanker
电力 / MJ
Electricity 27. 80 20. 97
煤 / MJ
Coal 549. 40 414. 47
柴油 / MJ
Diesel 216. 80 163. 55
汽油 / MJ
Oil 183. 10 2439. 80
柴油 / MJ
Diesel 121. 15 1614. 26
柴油等 / MJ
Diesel 5864. 00 0
CO2 / kg 829. 04 495. 57
CO / kg 0. 73 2. 11
氮氧化物 / kg 2. 48 1. 20
SO2 / kg 4. 39 3. 74
NH+4 鄄N / g 0. 28 5. 50
NO-3 / g 3. 52 11. 40
摇 摇 *农资生产环节输入及输出数据仅适用于常规大豆
1. 2. 3摇 影响评价
环境影响是各种环境干扰因子综合作用的结果,本研究仅选择资源消耗、全球变暖、富营养化、水体酸化
3717摇 23 期 摇 摇 摇 罗燕摇 等:东北有机及常规大豆对环境影响的生命周期评价 摇
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以及生态毒性 5 方面进行环境影响评价。 特征化模型采用的是当量因子法,运用目前已经达成统一的全球变
暖、富营养化、酸化以及资源消耗等环境影响特征化模型 (表 3)。 生态毒性特征化模型采用 M. A. J.
Huijbregts等提出的全球嵌套式多媒体全周期排放和影响模型 USES鄄LCA,模型以 1,4鄄DCB 为基准当量
因子[12]。
标准化基准的选择需要考虑经济发展水平、人口以及政策等多方面的因素,故本研究标准化基准采用杨
建新以 1990 年为基准年建立的中国环境影响评价标准化基准(表 4) [13],另外,因尚未建立中国资源消耗和
生态毒性标准,二者的基准以 1995 年以世界人均环境影响潜力为基准[14]。
在确定不同环境影响权重时,采用专家打分法,即请经验丰富的相关专家根据自己的经验对上述几种不
同的环境影响进行加权打分,采用正反矩阵表示,遵循相应的打分准则和打分尺度,最后和法进行计算。
表 3摇 环境影响特征化模型
Table 3摇 Character model of environment impact
全球变暖
Global warming
分子式
Molecular
formula
kg CO2 / kg
酸化
Acidification
分子式
Molecular
formula
kg SO2 / kg
富营养化
Eutrophication
分子式
Molecular
formula
kg NO3 / kg
资源消耗
Resource depletion
单位能源 1 kg
Resource
转化因子 / MJ
Factor
CO2 1 SO2 1 NO3 1 煤 Coal 20. 209
CO 2 NH3 1. 88 NO 2. 07 柴油 Diesel 42. 652
N2O 290 NO 1. 07 NH3 3. 64 原油 Oil 41. 816
CH4 25 CN 2. 38 1kW·h 3. 6
表 4摇 中国环境影响评价标准化基准
Table 4摇 Normalization values for different impact categories
环境影响类型 Impact categories 单位 Units 基准值 Normalization values
全球变暖 Global warming kg CO2 鄄当量 / a 8700
富营养化 Eutrophication kg NO3 鄄当量 / a 62
酸化 Acidification kg SO2 鄄当量 / a 41
资源消耗 Resource depletion MJ / a 56877. 88
生态毒性 Ecological toxicity 1,4鄄DCB鄄当量 / a 24. 56
表 5摇 DNDC模型运行结果
Table 5摇 The result of DNDC model
项目
Property
N 输入 / (kg / hm2)
N input
肥料
Fertilizer /
compost
生物固氮
N fixation
氮沉降
N deposit
种子
Seeds
N 输出 / (kg / hm2)
N output
植物
Plant
NO-3 N2O N2 NO
N 平衡
N balance
总量
Total
有机大豆
Organic soy 100. 2 139. 4 11. 4 3. 6 223. 4 1 5. 4 14. 1 0. 4 +10. 3
常规大豆
Conventional soy 46. 1 138. 3 11. 4 3. 7 248. 8 0. 8 4. 3 11. 2 0. 3 -65. 9
1. 2. 4摇 DNDC模型
DNDC模型是田间尺度的生物地球化学过程模型。 DNDC模型将生态驱动因素(即气候、土壤、植被及人
为活动)、环境营力(即辐射、温度、湿度、pH值、Eh 和有关化合物的浓度梯度等)及有关生物化学及地球化学
反应联系起来,从而达到预测 C、N和水分生物地球化学循环的目的[15]。 该模型始于 1989 年,在过去的 10 多
年,该模型已在中国黄淮海平原、华北平原、东北地区等区域得到应用和检验[15鄄17]。 本研究采用随机抽样的
办法,抽取 8 个有机土样及 3 个常规土样进行养分分析,其中有机地块土壤有机质平均含量为 42. 96 g / kg,全
4717 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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氮平均含量为 3. 1 g / kg,常规地块土壤有机质平均含量为 37. 20 g / kg,全氮平均含量为 1. 53 g / kg。 本文将模
型运行结果与文献数据及经验数值进行比较,模型运行的结果在合理范围内。
2摇 结果分析
2. 1摇 分类环境影响评价
2. 1. 1摇 全球变暖潜值
从图 2 中可以看出,EOS 生命周期全球变暖环境影响潜值最大,可以达到 2171 kg CO2 鄄当量 / t,分别是
LOS、LCS的 1. 47 倍和 1. 42 倍,其中,有机大豆的长距离运输对全球变暖贡献率最大,全球变暖的环境影响潜
值占总值的 52%—68% ,以出口的有机大豆所占比例最大。 农田生产阶段大豆全球变暖潜值占总值的
32%—47% ,有机大豆生产的全球变暖潜值是常规大豆的 1. 2 倍;对于常规大豆生产来说,由于化肥等农资的
投入,农资的生产过程也增加了其全球变暖的环境影响潜值,占到了全球变暖潜值的 11% 。
2. 1. 2摇 富营养化潜值
从总体上可以看出(图 3),LCS富营养化环境影响潜值最大,达到了 1639. 35 g NO3 鄄当量 / t,分别是 LOS、
EOS的 1. 77 倍和 1. 42 倍,其中农田生产及农资生产阶段对富营养化贡献率最显著。 对于出口的有机大豆来
说,生产阶段占 55% ;国内消费的有机大豆生产阶段的贡献占到了 70% 。 常规生产的大豆农资生产阶段对环
境富营养化的影响最大,占总影响潜值的 55% ,而生产和运输阶段只占到了 28%和 17% 。 所以常规大豆的
农资生产阶段对富营养化环境影响潜值最大。
运输子系统
农资生产子系统
农田生产子系统
EOS LOS LCS
2500
2000
1500
1000
500
0
排放
量/
(kg C
O2 -当
量/
t)
图 2摇 全球变暖环境影响潜值
Fig. 2摇 Life cycle global warming impact index of soybean
0200
400600
800
10001200
14001600
1800
EOS
运输子系统
农资生产子系统
农田生产子系统
LOS LCS
排放
量/
(g NO
3- -当
量/
t）
图 3摇 富营养化环境影响潜值
Fig. 3摇 Life cycle eutrophication impact index of soybean
2. 1. 3摇 资源消耗潜值
从图 4 中可以看出, EOS资源消耗环境影响最大,分别是 LCS、LOS 的 1. 26 倍和 1. 46 倍,其中运输阶段
对资源消耗贡献最大。 该阶段 EOS的资源消耗占到其生命周期的 95% ,是国内消费大豆的 1. 5 倍,常规大豆
的运输阶段的资源消耗值也达到了 80%多。 农田生产阶段,常规大豆因为单位面积农机使用时间长等原因,
在农田中资源消耗是有机大豆的 1. 4 倍,此外,常规大豆农业投入物生产资源消耗量占整个生命周期 11% ,
主要是氨合成阶段对电力和煤炭的消耗。
2. 1. 4摇 酸化潜值
EOS 和 LCS的酸化环境影响潜值相近,约是 LOS的 1. 17 倍,从总体上看主要是运输环节排放的 SO2对酸
化影响最大(图 5),占总酸化影响潜值的 72%—89% 。 农业生产阶段常规大豆酸性气体的排放量是有机大
豆的 1. 2 倍,因为地块面积小而分散等原因单位面积农机使用时间达到 37. 1 h,比有机大豆多 12. 9 h,因此大
豆生命周期中会释放更多的 SO2。 农业投入物生产尤其是磷肥生产中释放的酸性气体对酸化环境影响贡献
率为 15. 01% 。
生态毒性影响评价考虑常规大豆生产过程中农药及除草剂的使用对环境造成的影响。
5717摇 23 期 摇 摇 摇 罗燕摇 等:东北有机及常规大豆对环境影响的生命周期评价 摇
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运输子系统
农资生产子系统
农田生产子系统
EOS LOS LCS
800070006000500040003000200010000排
放量
Amo
unt/(
MJ/t
)
图 4摇 资源消耗环境影响潜值
Fig. 4摇 Life cycle energy depletion potential of soybean
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000 运输子系统农资生产子系统
农田生产子系统
EOS LOS LCS
排放
量/
(g SO
2-当量
/
t)
图 5摇 酸化环境影响潜值
Fig. 5摇 Life cycle acidification impact index of soybean
2. 2摇 不同大豆生命周期环境影响综合指数
从表 6 中可以看出,EOS生命周期综合环境影响最大,在五大类环境影响类型中,全球变暖、资源消耗以
及酸化对综合环境影响贡献最明显,分别达到了 32% 、31%以及 30% , LOS 生命周期综合环境影响最小,比
EOS、LCS分别低了 33% 、31% 。 LCS生命周期综合环境影响略低于 EOS,其中生态毒性贡献率为 8% ,全球变
暖、酸化以及资源消耗贡献率为 71% 。
表 6摇 大豆生命周期环境影响综合指数
Table 6摇 Life cycle aggregate environmental impact index of soybean
环境影响类型
Environmental impact
特征化指数
Normalization values
权重
Weight EOS LOS LCS
全球变暖 Global warming 8700 0. 18 0. 02311 0. 01583 0. 01826
富营养化 Eutrophication 62000 0. 24 0. 004505 0. 003564 0. 006401
酸化 Acidification 41000 0. 17 0. 02181 0. 01858 0. 02177
资源消耗 Energy depletion 56878 0. 18 0. 02266 0. 01608 0. 01850
生态毒性 Ecological toxicity 24. 56 0. 23 0 0 0. 005849
综合指数 Aggregate index 0. 07208 0. 05405 0. 07078
3摇 讨论与结论
本研究运用生命周期评价方法、DNDC模型对 3 种不同生命周期大豆(LOS、EOS、LCS)的生产、运输以及
农资生产环节的资源消耗以及污染物排放进行了清单分析及影响评价。 3 种不同生产消费型大豆生命周期
中资源消耗、酸化以及全球变暖对综合环境影响贡献最明显,基本上占到综合环境影响评价的 30%左右,而
富营养化和生态毒性的贡献率较低,小于 10% 。
从生命周期的不同阶段分析,3 种生产消费模式的大豆其运输阶段对于环境影响的贡献无论是全球变
暖、酸化还是资源消耗的环境影响其贡献率都在 50%以上,特别是资源消耗的影响,运输阶段的贡献率达到
了 80%以上。 所以运输环节在大豆生命周期中环境贡献最大,如果有机大豆进行本地消费,可以减少 47%
和 33%的温室气体排放量,同时降低 19% 及 46%的酸化和富营养化风险,鼓励有机食品本地消费,缩短运输
的距离,采用新型能源可以减少运输阶段对环境造成的负面影响。
Andy Jones研究发现英国的进口苹果在运输阶段能源消耗以及二氧化碳的排放量大于其生产阶段的能
耗,从环境保护的角度出发,他提出提倡消费本地生产的新鲜农产品以减少运输环节对于环境的影响[18]。
Michael M.等的研究也支持了上述观点,他分析比较了德国本地生产的苹果与从新西兰进口的苹果生命周期
对于环境的影响,研究发现尽管本地生产的苹果在收获后需要消耗更多的能量进行为期 5 个月的保存,但是
相对于进口苹果 28 d的海上运输,其能耗还是降低了 27% [19]。
6717 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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在农田生产阶段,有机大豆全球变暖和富营养化作用较常规大豆明显,主要是因为在较高的氮素背景下,
N2O排放量呈上升的趋势,该种现象在东北三江平原氮素模拟过程也得到证实[17],林志刚的研究同样表明土
壤硝酸盐淋失量随着施氮量的增加而增加[20]。 农资生产环节仅涉及常规大豆,化学品的投入对其富营养化
贡献率达到 54. 61% ,主要是氮肥合成阶段氨氮和硝酸盐的排放导致。
从两种不同的生产模式分析,对于环境影响的贡献无论是全球变暖、酸化、资源消耗的还是生态毒性都是
有机大豆的环境影响小于常规大豆。 国内消费的有机大豆生命周期综合环境影响比常规大豆的影响低
31% 。 尽管在讨论中提到农田生产阶段有机大豆全球变暖和富营养化影响大于常规大豆,但综合运输阶段以
及农资生产阶段所产生的环境影响,有机大豆对环境的影响只有常规大豆的三分之二左右。 Haas G.用生命
周期评价方法评价了德国南部集约化程度不同的草场(集约型、粗放型、有机型)对于环境的影响,研究结果
表明有机草场对环境最为友好,从而为农业政策的制定提供科学的依据[21]。
综上所述,3 种不同生产消费型大豆生命周期中资源消耗、酸化以及全球变暖对综合环境影响贡献最明
显,基本上占到综合环境影响评价的 30%左右,而富营养化和生态毒性的贡献率较低,小于 10% 。 从生命周
期的不同阶段分析,3 种消费模式的大豆其运输阶段对于各分类环境影响的贡献率最大,都在 50%以上,对资
源消耗的贡献率更是在 80%以上。 从两种不同的生产模式看无论是全球变暖、酸化、资源消耗还是生态毒性
都是有机大豆的环境影响综合指数小于常规大豆,对环境产生的负面影响较小。 综合比较 3 种不同生产消费
型大豆,国内消费的有机大豆生命周期综合环境影响最小,其环境影响综合指数比常规大豆的减少 31% 。 但
是出口有机大豆由于出口使运输距离延长,其生命周期综合环境影响最大。 因此,环境管理关键是提倡有机
产品本地消费以缩短运输距离,或者采用环保型能源以减少环境排放。
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8717 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 23 December,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Satellite鄄based modelling light use efficiency of alpine meadow along an altitudinal gradient
FU Gang, ZHOU Yuting, SHEN Zhenxi, et al (6989)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Changes in the concentrations of airborne Picea schrenkiana pollen in response to temperature changes in the Tianshan Mountain
area PAN Yanfang, YAN Shun, MU Guijin, et al (6999)…………………………………………………………………………
Primary production in the Bay of Bengal during spring intermonsoon period
LIU Huaxue, KE Zhixin, SONG Xingyu, et al (7007)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of rainfall regimes on the decomposition rate of yak dung in an alpine meadow of northwest Sichuan Province, China
WU Xinwei, LI Guoyong, SUN Shucun (7013)
…………
……………………………………………………………………………………
SOFM鄄based nutrient cycling classification of forest ecosystems in the Loess Plateau
CHEN Kai,LIU Zengwen,LI Jun, et al (7022)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Characterization of the responses of photosynthetic and chlorophyll fluorescence parameters to water stress in seedlings of six
provenances of Chinese Pine (Pinus tabulaeformis Carr. ) WANG Yan, CHEN Jianwen, et al (7031)…………………………
Effect of silicon supply on Tall Fescue (Festuca arundinacea) growth under the salinization conditions
LIU Huixia, GUO Xinghua, GUO Zhenggang (7039)
………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of high鄄temperature stress on physiological characteristics of leaves of Simmondsia Chinensis seedlings from different
provenances HUANG Weiwei, ZHANG Niannian, HU Tingxing, et al (7047)……………………………………………………
Soil moisture dynamics of water and soil conservation forest on the Loess Plateau ZHANG Jianjun,LI Huimin,XU Jiajia (7056)……
The distribution of male and female Populus cathayana populations along an altitudinal gradient
WANG Zhifeng, XU Xiao, LI Xiaofeng, et al (7067)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Analysis on the characteristics of macrobenthis community in the North鄄west Daya Bay of South China Bay in spring
DU Feiyan, LIN Qin, JIA Xiaoping, et al (7075)
…………………
…………………………………………………………………………………
The effects of season and environmental factors on community structure of planktonic copepods in Zhanjiang Bay, China
ZHANG Caixue, GONG Yuyan, WANG Xuefeng, et al (7086)
……………
……………………………………………………………………
Population genetic structure of Pneumatophorus japonicus in the Taiwan Strait
ZHANG Liyan, SU Yongquan, WANG Hangjun, et al (7097)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………
Seasonal variation of nitrogen and phosphorus in Miju River and Lake Erhai and influencing factors
YU Chao, CHU Jinyu, BAI Xiaohua, et al (7104)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Population dynamics and production of Bellamya aeruginosa (Reeve) (Mollusca: Viviparidae) in artificial lake for transgenic fish,
Wuhan XIONG Jing, XIE Zhicai, JIANG Xiaoming, et al (7112)………………………………………………………………
Carbon, nitrogen and phosphorus ecological stoichiometric ratios among live plant鄄litter鄄soil systems in estuarine wetland
WANG Weiqi, XU Linglin, ZENG Congsheng, et al (7119)
……………
………………………………………………………………………
Effects of EDTA on growth and lead鄄zinc accumulation in maize seedlings grown in amendment substrates containing lead鄄zinc
tailings and soil WANG Hongxin,HU Feng,XU Xinwang, et al (7125)…………………………………………………………
Effects of different coated controlled鄄release urea on soil ammonia volatilization in farmland LU Yanyan,SONG Fupeng (7133)………
Effects of ridge planting on the photosynthetic characteristics and yield of summer maize in high鄄yield field
MA Li, LI Chaohai, FU Jing, et al (7141)
…………………………
…………………………………………………………………………………………
Effect of timing of DCD application on nitrous oxide emission during wheat growing period
JI Yang,YU Jia,MA Jing, et al (7151)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………………
The role of the fertilizing with nitrogen, calcium and sodium chloride in winter wheat leaves adaptation to freezing鄄thaw stress
LIU Jianfang, ZHOU Ruilian, ZHAO Mei, et al (7161)
………
……………………………………………………………………………
Environment impact assessment of organic and conventional soybean production with LCA method in China Northeast Plain
LUO Yan, QIAO Yuhui, WU Wenliang (7170)
…………
……………………………………………………………………………………
Effects of selenium added to soil on physiological indexes in flue鄄cured tobacco
XU Zicheng, SHAO Huifang, SUN Shuguang, et al (7179)
………………………………………………………
………………………………………………………………………
Influence of different planting patterns on field microclimate effect and yield of peanut (Arachis hypogea L. )
SONG Wei, ZHAO Changxing,WANG Yuefu, et al (7188)
…………………………
………………………………………………………………………
Rapid cold hardening of Western flower thrips, Frankliniella occidentalis, and its ecological cost
LI Hongbo, SHI Liang, WANG Jianjun, et al (7196)
……………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of temperature on body color in Sitobion avenae (F. ) DENG Mingming, GAO Huanhuan, LI Dan, et al (7203)……………
Development and reproduction of Bemisia tabaci biotype B on wild and cultivated tomato accessions
GAO Jianchang, GUO Guangjun, GUO Yanmei, et al (7211)
…………………………………
……………………………………………………………………
Study on ecological water demand based on assessment of ecosystem disturbance degree in the Baiyangdian Wetland
CHEN He, YANG Ying, YU Shiwei, et al (7218)
…………………
…………………………………………………………………………………
Emergy鄄based analysis of two chicken farming systems: a perspective of organic production model in China
HU Qiuhong, ZHANG Lixiao, WANG Changbo (7227)
…………………………
……………………………………………………………………………
Mathematical model design of time鄄effect relationship analysis about the inhibition of four eighteen鄄cabon fatty acids on toxic
Microcystis aeruginosa HE Zongxiang, ZHANG Tingting (7235)……………………………………………………………………
Enrichment of heavy metals in the seagrass bed of Liusha Bay XU Zhanzhou, ZHU Aijia,CAI Weixu, et al (7244)…………………
A gradient analysis of urban architecture landscape pattern based on QuickBird imagery
ZHANG Peifeng, HU Yuanman, XIONG Zaiping, et al (7251)
………………………………………………
……………………………………………………………………
Landscape spatial heterogeneity is associated with urbanization: an example from Yangtze River in Jiangsu Province
CHE Qianjin,CAO Youhui,YU Lu, et al (7261)
…………………
……………………………………………………………………………………
CVM for Taihu Lake based on ecological functions of wetlands restoration, and ability to pay and willingness to pay studies
YU Wenjin, XIE Jian, ZOU Xinqing (7271)
…………
………………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Progress in research on the marine microbial loop in the Arctic Ocean HE Jianfeng, CUI Shikai, ZHANG Fang, et al (7279)………
Research progress in the eco鄄environmental effects of urban green spaces
SU Yongxian, HUANG Guangqing, CHEN Xiuzhi, et al (7287)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Source, exposure characteristics and its environmental effect of heavy metals in urban surface dust
FANG Fengman, LIN Yuesheng, WANG Haidong, et al (7301)
……………………………………
…………………………………………………………………
Scientific Note
Spatial structures of soilcarbon and nitrogen of China fir and Masson pine mixed forest in the Three Gorger Reservoir Areas
LIN Yinghua, WANG Laifa, TIAN Xiaokun, et al (7311)
…………
…………………………………………………………………………
The relationship between Oligochroa cantonella Caradja and environmental factors LIU Wenai,FAN Hangqing (7320)………………
4237 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 23 期摇 (2011 年 12 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 31摇 No郾 23摇 2011
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