全 文 ：中国生态农业学报 2011年 1月 第 19卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2011, 19(1): 172180


* 西北大学研究生重点课程项目(08YKC13)资助
** 通讯作者: 王小文(1958~), 女, 副教授, 硕士生导师, 主要从事环境化学、环境规划、水污染控制理论与技术研究。E-mail: wxw8633@163.com
徐杰峰(1985~), 男, 硕士生, 主要从事环境管理研究。E-mail: xjf2124497@163.com
收稿日期: 2010-02-01 接受日期: 2010-06-06
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00172
中国橡胶种植生命周期评价研究*
徐杰峰 1,2 王小文 1** 王乐力 2 王伯铎 1 林积泉 3 宋超山 1
(1. 西北大学城市与环境学院 西安 710127; 2. 〇核工业二 三研究所 咸阳 712000;
3. 海南省环境科学研究院 海口 570206)
摘 要 应用生命周期评价方法, 以我国橡胶种植为例, 把橡胶种植生命周期划分为原料、农资化、橡胶种植、
运输等 4个阶段, 考虑了全球变暖(GWP)、环境酸化(AP)、水体富营养化(EP)、光化学烟雾形成(POCP)、人体
健康损害(HTP)、不可更新资源消耗(ADP)等 6类潜在影响, 对得到 1 kg橡胶(以干胶计)的潜在环境影响进行
了分析评价。结果表明, 我国橡胶种植的各类影响排序为 AP>EP>GWP>HTP>POCP>ADP, 其影响指数分别为
1.76E12、4.31E13、1.37E13、1.96E15、9.69E18、4.88E19, 单一环境影响指数为 4.32E13。减少化肥
施用量、提高施肥有效率是控制整个橡胶种植潜在影响大小的关键, 其在有效降低上游直接生产能耗及其相
应排放和下游损失量的基础上, 可有效降低我国橡胶种植的潜在环境影响。
关键词 生命周期评价 橡胶种植 清单分析 环境影响 化肥施用量 施肥有效率
中图分类号: X820.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)01-0172-09
Assessment of natural rubber plantation life cycle in China
XU Jie-Feng1,2, WANG Xiao-Wen1, WANG Le-Li2, WANG Bo-Duo1, LIN Ji-Quan3, SONG Chao-Shan1
(1. Department of City and Environment, Northwest University, Xi’an 710127, China; 2. No. 203 Research Institute of Nuclear In-
dustry, Xianyang 712000, China; 3. Hainan Provincial Research Academy for Environmental Sciences, Haikou 570206, China)
Abstract Using China’s natural rubber plantation as a case study, this paper classified natural rubber plantation life cycle into four
stages—raw material, agrochemical production, natural rubber cultivation and transportation stages. The life-cycle assessment (LCA)
method was used to evaluate potential environmental impacts of tapping 1.00 kg dry rubber under identified potential impacts, in-
cluding global warming potential (GWP), acidification potential (AP), eutrophication potential (EP), photochemical ozone creation
potential (POCP), human toxicity potential (HTP) and abiotic depletion potential (ADP). This inventory analysis showed that the
order of potential impacts of China’s natural rubber plantation was as follows: AP > EP > GWP > HTP > POCP > ADP. The respec-
tive impact indices were 1.76×1012, 4.31×1013, 1.37×1013, 1.96×1015, 9.69×1018 and 4.88×1019, with an average impact index of
4.32×1013. Reduced chemical fertilizer utilization and enhanced fertilization efficiency were critical for mitigating the impact of
rubber plantation on the environment. This could be achieved via effective reduced energy consumption, fertilizer production emis-
sions, and soil fertilizer loss.
Key words Life cycle assessment, Rubber plantation, Inventory analysis, Environmental impact, Chemical fertilization,
Fertilizer efficiency
(Received Feb. 1, 2010; accepted June 6, 2010)
天然橡胶生产与消耗是支持整个橡胶行业的重
要因素之一, 同时由于生产工艺的约束, 天然橡胶
消耗占整个生胶消耗量的较大比重[1]。我国现阶段
以高投入换取高产出的集约化橡胶农业, 已经成为
橡胶产区农民和农场职工增收的支柱产业, 并为增
进民族团结、繁荣边疆经济做出了巨大贡献, 但亦
付出了区域生态环境退化、土壤和水质污染、局地
气候变化等沉重的环境代价[24]。现有研究已开始关
注橡胶种植对种植区热带雨林生态系统的影响 [5],
但是对橡胶种植所涉及的资源与环境效应的研究尚
第 1期 徐杰峰等: 中国橡胶种植生命周期评价研究 173


少见报道。
对于环境代价/负荷(潜在环境影响水平)的判析,
生命周期评价(Life cycle assessment, LCA)是一类有
效的方法, 且在针对可可粉、小麦等国内外农产品
的研究中已得到应用[69]。将天然橡胶的种植过程尝
试进行 LCA分析, 不仅可为诸多橡胶制品原料生产
过程的环境影响进行评估, 也可从生命周期角度全
面分析天然橡胶种植的资源与环境效应, 为协调农
业与环境管理政策提供科学依据。
1 目的与范围的确定
以我国云南省西双版纳傣族自治州橡胶种植区
天然橡胶产品为评价对象 (产量折合干胶 1 400
kg·hm2, 橡胶种植密度为 300株·hm2, 每株施用
硫酸铵、过磷酸钙、氯化钾和氯化镁的量分别为 1.15
kg、0.45 kg、0.20 kg和 0.29 kg[10])。评价起点始于
橡胶种植的化石燃料开采(不考虑化肥生产所用原
料问题, 原因在于很多化肥生产过程其原料尚不确
定且可能为伴生产物, 清单消耗分配较为困难), 终
点为得到新鲜乳胶所输出的环境潜在影响物质。其
评价范围界定如图 1所示。


图 1 橡胶种植生命周期评价(LCA)系统边界
Fig. 1 Life cycle assessment (LCA) system boundary of natu-
ral rubber plantation

在图 1所示的评价范围基础上, 以得到 1 kg新
鲜乳胶 (折干 )为功能单位 , 分析在整个橡胶种植
LCA过程中的能源、资源消耗以及因潜在环境影响
物质排放所致的潜在环境影响。
本文将研究对象生产分为 4个阶段(图 1), 分别
为原料阶段、农资化阶段、橡胶种植阶段、运输阶
段。原料阶段主要考虑化肥等的原料在生产过程中
导致的资源消耗与潜在环境影响物质排放; 农资化
阶段主要分析各类化肥在生产过程中主要环境污染
的直接排放物质(如化肥生产过程中的 COD 排放);
橡胶种植阶段考虑化肥等施用以及因为土地利用形
式等导致的潜在环境影响(如橡胶林种植过程产生
的N2O排放); 运输阶段则重点考虑运输过程导致的
环境排放以及资源消耗与潜在环境影响。对于相关
的建筑设施、厂房与设备、运输工具生产等过程导
致的资源消耗与潜在环境影响不予考虑。需要说明
的是 , 对于不同的阶段 , 对其清单收集与计算 , 也
均按原料生产及其产品生产阶段划分, 并将能量生
产与转换作为原料列入分析计算; 但对于原煤(燃煤)
等本身既作为提供能耗物质又可通过不同利用途径
产能的物质, 将不考虑其原料过程, 仅考虑其消耗
过程的环境排放问题, 以避免出现“煤采掘”至“煤
供能”之间的双向循环。
2 清单分析
2.1 能量消耗清单分析
橡胶种植 LCA 过程能源消耗主要以化石燃料
(以原煤消耗占较大比例)燃烧消耗为主, 且消耗大
部分以转化为电能消耗为主 , 因此本部分计算中 ,
将其统一转化为我国燃煤火力发电而导致的潜在影
响物质排放。
2.1.1 大气介质潜在影响物质排放
大气介质潜在影响从 CO2、SO2、NOX、CO、
CH4、N2O、烟尘等物质排放考虑, 主要根据已获取
数据与适用情况分别采用物料平衡、产排污系数、
类比分析等方法。
(1) SO2排放量: 对于燃煤电厂 SO2排放量目前
研究多用污染物产排污系数法确定, 现有排污系数
权威报告为《第一次全国污染源普查工业污染源产
排污系数手册》(后简称《手册》)(第 10册), 但因全
国发电厂工艺不同, 且规模各一, 因此对于 SO2 排
放量按物料平衡算法计算, 其计算公式为[11]:

2SO s1.6 (1 )G B S     － (1)
式中, GSO2为 SO2排放量(kg), B为燃煤消耗量(kg), S
为燃煤中 S 含量(%), ηs为脱硫效率(%)。2004 年我
国火力发电标准煤耗 349 g·kWh1[12], 并按 0.714 3
kg(标准煤 )·kg1(原煤 )[13]的系数将其折算为原煤
消耗量(489.21 g·kWh1); 燃煤中 S 含量采用全国原
煤平均值取 9 g·kg1[14]; 脱硫效率参考我国《燃煤
二氧化硫排放污染防治技术政策》(环发[2002]26号)
以及主要的 SO2排放去除工艺[15], 确定为 60%。
(2) NOX排放量: 源于原煤中的有机物以及燃烧
高温条件下空气中 N 的氧化, 主要物质为 NO2 与
NO。在已有研究的基础上[13], 提出以式(2)计算 NOX
排放总量:
NO 1.63 ( 0.000 938) (1 )X NG B M N       － (2)
式中, GNOX为 NOX排放量(kg), B为燃煤消耗量(kg),
M为燃料 N转化为燃料型 NO的转化率(%), N为燃
料中 N含量, ηN为脱氮效率(%)。M取值可通过查表
获得, 取 32%; 我国燃煤含氮量介于 5~25 g·kg1之
174 中国生态农业学报 2011 第 19卷


间, 本研究取 15 g·kg1; 由于我国目前脱氮设备较
少且对氮氧化物控制尚处于起步阶段[1617], 本研究
脱氮效率取值为 10%。
(3) CO2排放量: CO2主要源于火力发电过程原
煤中的碳被氧化成 CO2(亦有一部分未被氧化而残留
于灰渣中)而排放到空气中。其计算公式为[18]:

2CO 3.67G B C Q      (3)
式中, GCO2为 CO2排放量(kg), B为燃煤消耗量(kg), C
为碳排放系数 [kg(C)·MJ1], Q 为燃煤发热量
[MJ·kg1], ω为碳转化率。碳排放系数与碳转化率
均取自我国的实测值, 分别为 0.002 474 kg(C)·MJ1
和 0.90[19], 燃煤发热量取值为 20.908 MJ·kg1[13]。
(4) CO排放量: CO排放量主要根据排放因子、
原煤用量及发热量计算, 其计算公式为[20]:
COG B Q    (4)
式中, GCO为 CO排放量(kg), B为原煤消耗量(kg), α
为 CO 排放因子(kg·MJ1)。CO 排放因子根据气候
变化专门委员会 IPCC 推荐缺省值 , 取 150×106
kg·MJ1。
(5) 燃煤粉尘排放量: 燃煤粉尘排放量可根据
燃料消耗量、烟尘中的灰分以及除尘器的效率确定,
其计算公式为[21]:

1
1
fh fh
fh
fh
B d
G
C
    （- ）- (5)
式中, Gfh为粉尘排放量(kg), B为燃煤消耗量(kg), dfh
为烟气中烟尘占灰分百分数, α为燃煤灰分含量, ηfh
为飞灰捕集率(除尘效率), Cfh为烟尘中可燃物含量。
烟气中烟尘占灰分量的百分数与燃烧方式有关, 取
值为 35%, 飞灰捕集率按 76.1%计, 烟尘中可燃物按
20%计, 灰分含量按 20%计[2122]。
(6) CH4及 N2O排放量: 各类化石燃料在燃烧过
程中会有一定程度的 CH4及 N2O 排放, 在不同能源
类别中其排放因子大小因燃烧模式不同而异[23]。对
于燃料的 CH4及 N2O燃烧排放, IPCC建议采用表观
能源消耗量估算法, 根据《2006 年 IPCC 国家温室
气体清单指南》(第 2册)提供的燃料缺省值以及我国
的燃料热值计算此两种气体的排放系数, 可得我国
燃煤燃烧 CH4和 N2O 产生系数均为 4.145E5 t(气
体)·t1 (燃煤)。
2.1.2 水体介质潜在影响物质排放
火电厂污水排放主要由锅炉补给水、锅炉化学
清洗排水、凝结水精处理系统设备再生排水等 9 类
废水构成[24], 主要排放量根据《手册》(第 10 册)采
用单位产品产排污系数法确定。
(1) COD排放量: 主要源自循环水排污水以及火
电厂的清洁废水[25], 排放系数按 7.6 g·t1 (原煤)计。
(2) 其他潜在影响物质排放量: 各类系统排水
水质以及各类不同发电工艺火电厂废水水质各不相
同[26], 目前亦无相关报道, 就其整体水质进行分析,
除 COD外, 现有火电项目的环境影响评价技术文件
均主要对氟化物、石油类等污染物排放的环境影响
进行了分析[27], 考虑到 LCA较环境影响评价的详细
性 [28], 将氨氮(NH3-N)亦纳入潜在环境影响物质的
定量计算与分析中。
各类潜在影响物质的排放量主要依据火电厂污
水排放量并结合相关排放标准确定, 其中污水排放
量采用系数法按 0.6 t·t(原煤)1 计算; 排放标准部分
因国家对于火电行业尚无行业排放标准且各类火电
厂污水排放纳污水体的水环境功能各异[一般根据
相应省(市)的《地表水环境功能区划》确定], 由此
参考《污水综合排放标准》(GB8978—1996)1998年
1月 1日建成单位的 2级排放标准(25 mg·L1)计算。
同时需要说明的是, 因为 IPCC 并不建议将生
物成因的相关影响物质纳入国家或地区的温室气体
排放总量[23], 且由于火电企业污水一般采用好氧 2级
生化工艺处理, 因此其产生的 CH4和 N2O 可忽略不
计, 污水处理 CO2排放属生命成因, 也不计入总量。
综上, 可得 1 kWh电力消耗导致的潜在影响物
质排放清单(表 1)。

表 1 电力消耗潜在影响物质排放清单
Tab. 1 Emission inventory of electricity consumption
g·kWh1
影响类型
Impact category
项目
Item
排放量
Emission
SO2 2.817 9
NOX 4.118
CO2 83.5
CO 1.533
粉尘 Bugdust 10.27
CH4 0.021 6
大气介质影响
Atmospheric media impact
N2O 0.021 6
NH3-N 0.000 734水体介质影响
Water media impact COD 0.003 716
原煤消耗
Raw coal consumption
489.21

2.2 编目数据的收集与计算
2.2.1 原料和农资化阶段
(1)硫酸铵的生产: 根据标准化肥的换算方法[29],
将橡胶种植过程阶段使用的硫酸铵转化为尿素, 则
每获得 1 kg橡胶所消耗尿素量为 0.113 kg。尿素生
产过程中的资源与能源消耗参考《清洁生产标准氮
肥制造业》(HJ/T188—2006)国内清洁生产基本水平
(3级标准)计算[30], 同时需考虑行业清洁生产标准一
第 1期 徐杰峰等: 中国橡胶种植生命周期评价研究 175


定的前瞻导向性[31], 因此以国家 3 级标准的数值下
浮 10%作为我国氮肥生产的能源与资源消耗指标:
尿素生产氨消耗量、氨利用率、综合能耗分别按 671
kg·t1(尿素)、84.54%和 58.3 GJ·t1(氨)考虑。
由此, 生产 1 kg橡胶所用氨量及综合能耗分别
为 0.089 8 kg和 0.005 233 GJ, 其中能耗部分将全部
按电力消耗计算, 考虑到氮肥生产区域的不确定性,
因此按 2004年我国火电发电量占总发电量 82.5%的
比例[32]将其折算为火电电力消耗值。由此计算相应
的煤耗量及因电力消耗导致的潜在影响物质排放量
(表 2)。
环境排放物质的计算, 主要基于《手册》(第 5
册)计算, 因目前我国尿素生产工艺主要为 CO2气提
法和氨气提法[33], 故排污系数相应按此工艺获取(均
取平均值 ): COD、NH3-N、工业粉尘分别按 70
g·t(尿素)、55 g·t(尿素)和 0.92 kg·t(尿素)考虑。
(2)过磷酸钙、氯化钾生产: 每获得 1 kg 橡胶,
所需过磷酸钙和氯化钾质量分别为 0.096 33 kg 和
0.042 81 kg。因相关数据缺乏, 此部分能耗计算依据
我国 2005年化肥产业相关能耗消耗的平均值估算(按
化肥产量 5 178万 t、综合能耗 1亿 t标准煤计[34]), 每
生产 1 kg过磷酸钙和氯化钾的能耗为 0.517 8 kg标准
煤, 因此导致的潜在环境影响排放物质清单见表 2。
环境排放物质: ①大气环境部分: 过磷酸钙生
产参考《手册》(第 5 册)计算(过磷酸钙生产仅考虑
工业粉尘排放), 我国主要过磷酸钙生产工艺分为稀
酸矿粉法和浓酸矿浆法, 因本研究参考区位于云南
省且其磷酸钙生产主要为稀酸矿粉法[3536], 因此根
据《手册》中稀酸矿粉法工业粉尘排放系数[0.02
kg·t(过磷酸钙)]计算粉尘排放量; 氯化钾生产根
据《2005 年中国化肥行业研究报告》中 2004 年青
海省氯化钾产量占全国比例较高(接近 1/2)[37], 且主
要为“反浮选冷结晶”工艺[3839], 相关排放系数亦
根据该工艺确定: 粉尘、SO2 和 NOX 排放系数分别
按 0.178 kg·t(氯化钾)、0.01 kg·t(氯化钾)、0.052
kg·t(氯化钾)计; ②水环境部分: 过磷酸钙生产因
无相关排污系数, 故参考国家标准限制确定, 但因
现行国家标准《磷肥工业水污染物排放标准》
(GB15580—1995)已经于 2008 年 4 月发布相应的征
求意见稿, 因此其排放限值根据《磷肥工业水污染
物排放标准》(征求意见稿)关于单位质量过磷酸钙生
产的基准排水量、COD、NH3-N、TP(以 P 计)排放
计算 , 其系数分别按 0.3 m3· t(过磷酸钙 )、60
mg·L1、10 mg·L1、20 mg·L1考虑[40]; 对于氯
化钾生产, 因废水排量极小, 故作忽略处理。
除上述分析外, 我国氯化镁生产一般作为从海
水及盐湖卤水中提取其他物质的伴生产物[4142], 潜
在环境影响可忽略不计。
综上可得整个原料阶段(表 2)及农资化阶段(表
3)环境潜在影响物质排放清单。

表 2 橡胶种植的原料阶段潜在影响物质排放清单
Tab. 2 Emission inventory of potential impact substance in raw material production stage of natural rubber plantation g
影响类型
Impact category
项目
Item
尿素
Urea
过磷酸钙
Superphosphate
氯化钾
Potassium chloride
合计
Total
SO2 3.377 4.172 4.172 11.721
NOX 4.936 6.096 6.096 17.128
CO2 100.075 123.622 123.622 347.318
CO 1.838 2.270 2.270 6.377
粉尘 Bugdust 12.309 15.205 15.205 42.718
CH4 0.025 9 0.032 0 0.032 0 0.089 9
大气介质影响
Atmospheric media impact
N2O 0.025 9 0.032 0 0.032 0 0.089 9
NH3-N 0.000 88 0.001 09 0.001 09 0.003 06 水体介质影响
Water media impact COD 0.004 5 0.005 5 0.005 5 0.015 5
原煤消耗 Raw coal consumption 586.319 724.170 724.170 2 034.659

表 3 橡胶种植的农资化阶段潜在影响物质排放清单
Tab. 3 Emission inventory of potential impact substance in agrochemical production stage of natural rubber plantation g
影响类型 Impact category 项目 Item 尿素 Urea 过磷酸钙 Superphosphate 氯化钾 Potassium chloride 小计 Total
SO2 0 0 0.000 429 0.000 429
NOX 0 0 0.002 21 0.002 21
大气介质影响
Atmospheric media impact
粉尘 Bugdust 0.102 0.001 93 0.007 63 0.111 00
TP 0 0.000 578 0 0.000 578
NH3-N 0.007 35 0.000 29 0 0.007 64
氟化物 Fluoride 0 0.000 578 0 0.000 578
水体介质影响
Water media impact
COD 0.007 91 0.001 74 0 0.009 65
176 中国生态农业学报 2011 第 19卷


2.2.2 橡胶种植阶段
橡胶种植阶段潜在影响主要由于橡胶林种植氮
肥施用导致 NH3和 N2O等物质排放导致。需要说明
的是, 农药残留量因原始数据缺乏, 且其影响主要
以生态致毒为主(在整个橡胶种植过程影响比重不
大), 所以不予考虑。
(1)氮肥施用 NH3挥发量: 橡胶种植过程与其他
农业过程一样, 其施用的氮肥不能完全被吸收, 将
有部分氮肥以 NH3、NOX的形式进入大气或水体[43]。
目前我国橡胶种植区(如云南省西双版纳傣族自治
州以及海南省)多在砖红壤地区[4445], NH3挥发量参
考魏玉云[46]针对砖红壤的尿素氨挥发研究结论, 取
施氮量的 18%作为氨损失量。
(2)尿素淋失 NO3-N 产生量 : 罗微等 [47]的研
究表明 , 在砖红壤区尿素淋失主要以 NH4-N的可
能较低 , 林清火等 [48]研究表明其主要以 NO3-N形
式存在 , 且其淋失率占尿素施用的 47.8%, 同时参
考相关研究 3.6%~52.3%的研究结果 [49], 取 40%作
为淋失率。
(3)N2O 产生量 : 森林土壤中微生物的硝化和
反硝化作用会导致 N2O 产生 [50], 参考 Yan 等 [51]针
对西双版纳橡胶林的 N2O 产生通量为 2.6~2.8
kg(N)·hm2 的研究结果, 采用 3.28 kg(N2O)·hm2
作为排放通量。
综上 , 橡胶种植阶段 NH3、N2O 和 NO3-N 排
放量分别为 135.72 g、18.7 g 和 361.2 g。
2.2.3 运输阶段
如图 1 所示, 运输过程应分为化石燃料与化肥
运输两个方面计算(均考虑铁路运输)。2005 年每吨
货物依靠铁路的平均运输距离为 770 km[52], 其运输
过程能耗及其环境排放参考杨建新等[53]的研究，换
算得 1 kg货物运送 770 km的能耗及环境潜在影响
物质排放量(表 4)。
根据前述分析, 化石燃料、化肥运输总量分别
按 3.425 kg和 0.252 kg计, 据此计算运输阶段潜在
影响物质排放清单(表 5)。

表 4 橡胶铁路运输的资源能源消耗与排放
Tab. 4 Resources and energy consumption of railway transportation of rubber
资源能源消耗
Resources and energy consumption
潜在影响物质排放
Potential impact substance emission (g·770km·kg)
电力 Electric power
(kWh·770km·kg)
原煤 Raw coalr
(g·770km·kg)
柴油 Diesel oil
(g·770km·kg)
粉尘
Bugdust
CO2 CO SO2 NOX
0.002 972 101.293 5 1.955 8 23.781 45 244.444 2 0.074 767 0.189 42 0.057 827

表 5 橡胶种植的运输阶段潜在影响物质排放清单
Tab. 5 Emission inventory of potential impact substance in
transportation stage of natural rubber plantation g
影响类型
Impact category
项目
Item
化石燃料、化肥
Fossil fuel, fertilizer
SO2 0.727
NOX 0.258
CO2 899.737
CO 0.292
粉尘 Bugdust 87.557
CH4 0.000 236
大气介质影响
Atmospheric media
impact
N2O 0.000 236
NH3-N 8.03E06 水体介质影响
Water media impact COD 4.06E05
原煤消耗
Raw coal consumption
392.186

2.2.4 清单汇总
橡胶种植各阶段潜在影响物质排放汇总如表 6
所示。
3 影响评价
影响评价目的在于对产品生命周期过程的潜在
环境影响进行定性和定量的描述与评价, 其详细程
度与采用的方法主要根据评价目的和范围确定。目
前国际标准化组织、环境毒理学与化学学会以及美
国环保局以及部分研究都趋向于将此过程按影响分
类、特征化与标准化、量化 3部分依次进行[5455]。
3.1 影响分类和特征化
将橡胶种植 LCA 过程中的潜在影响物质排放
按照其影响类型和因素进行归类 , 分别为不可更
新资源消耗、全球变暖、光化学烟雾、水体富营
养化和环境酸化, 主要涉及的影响物质以及当量因
子[67,20,5657]如表 7所示。
3.2 标准化和加权
3.2.1 标准化
标准化是指通过一个特定的标准化基准值, 将
各类影响的特征化结果值对标准化基准值求商, 利
用此结果将全球范围、区域性以及局地的影响可置
于同一标准进行比较。目前相关的标准化数值对于
各类影响标准化数据因影响时段跨度各异(如针对
全球变暖效应就有研究分别按 20 年、100 年和 500
年等不同时段加以考虑[58]), 本研究在选用标准化因
子时, 以 Huijbregts等[59]在世界范围内针对 1995 年
各类影响 20 年跨度的标准化数据作为清单数据的
第 1期 徐杰峰等: 中国橡胶种植生命周期评价研究 177


表 6 橡胶种植各阶段潜在影响物质排放一览表
Tab. 6 Complete list of potential impact substance emission in each stage of natural rubber plantation g
影响类型
Impact category
项目
Item
原料阶段
Raw material
农资化阶段
Agrochemical production
橡胶种植阶段
Rubber cultivation
运输阶段
Transportation
合计
Total
SO2 11.721 0.004 0 0.727 12.453
NOX 17.128 0.002 0 0.258 17.387
CO2 347.318 0 0 899.737 1 247.055
CO 6.377 0 0 0.292 6.668
粉尘 Bugdust 42.718 0.111 0 87.557 130.386
CH4 0.089 9 0 0 0.000 2 0.090 1
N2O 0.089 9 0 2.338 0 0.000 2 2.428 0
大气介质影响
Atmospheric media
impact
NH3 0 0 16.965 0 16.965
NO3-N 0 0 45.15 0 45.15
NH3-N 0.003 06 0.007 64 0 8.03E06 0.010 8
TP 0 0.000 578 0 0 0.000 578
水体介质影响
Water media impact


COD 0.015 50 0.009 65 0 4.06E05 0.025 30
原煤消耗量
Raw coal consumption
586.319 0 0 392.186 978.539

表 7 橡胶种植潜在影响的类型、物质和当量值
Tab. 7 Category, substance, equivalent of potential impact in natural rubber plantation
潜在影响类型
Impact category
类型参数
Type parameter
潜在影响相关物质及其当量值
Potential impact related substance and its equivalent
全球变暖 GWP kg(CO2)eq. CO2 (1), CH4 (21), N2O (310), CO (2), NOX (310)
环境酸化 AP kg(SO2)eq. SO2 (1.00), NOX (0.70), NH3 (1.88)
水体富营养化 EP kg(PO43) eq. COD (0.022), NH3-N (0.330), NOX (0.100), TP (3.060), NH3 (0.330), NO3-N(0.420)
光化学烟雾 POCP kg(C2H4)eq. SO2 (0.048 0), NOX (0.002 8), CO (0.027 0), CH4 (0.007 0), N2O (0.042 7)
人体健康损害 HTP kg(1, 4-DCB)eq. SO2 (0.096), NOX (0.120), 颗粒物 Particulate matter (0.820), NH3 (0.100)
不可更新资源消耗 ADP kg(Sb)eq. 原煤 Raw coal (7.97E-08)
GWP: Global warming potential; AP: Acidification potential; EP: Eutrophication potential; POCP: Photochemical ozone creation potential; HTP:
Human toxic potential. ADP: Abiotic depletion potential. 下同 The same below.

标准化基准值。
3.2.2 赋权
为计算综合的环境影响, 权重的计算不能忽略,
目前关于权重的计算仍是LCA研究的难点与热点之
一。现有研究多采用目标距离, 专家打分、层次分
析法进行各类型环境影响的权重的确定[60], 本文选
用层次分析法赋权(AHP 模型), 基本思路是将问题
分解为若干层次, 在比原问题简单得多的层次上进
行分析、比较、量化、排序, 再比较各因素之间的
重要性, 并将其数量化后构造判断矩阵, 根据判断
矩阵计算矩阵的最大特征根与特征向量, 并进行一
致性检验, 当一致性系数小于 0.1时, 说明一致性较
好, 权重匹配合理[61]。
赋权过程: 参考邓南圣等[56]、高峰[20]提出或采
用的重要度标度, 结合本研究对此类环境问题的危
害程度的判断, 构建橡胶种植 LCA过程的重要性标
度(表 8), 并据此构建判断矩阵, 参照前述计算方法,
计算得一致性系数为 0.002 1, GWP、AP、EP、POCP、
HTP、ADP影响权重分别为 0.256 2、0.183 6、0.171 7、
0.150 3、0.115 1、0.123 1。

表 8 橡胶种植潜在环境影响重要性标度
Tab. 8 Relative importance scale of quantitative indices for
different impact categories in natural rubber plantation
潜在影响类别
Impact
category
GWP AP EP POCP HTP ADP
GWP 1 2 3 3 5 6
AP 1/2 1 2 3 3 5
EP 1/3 1/2 1 2 3 3
POCP 1/3 1/3 1/2 1 2 3
HTP 1/5 1/3 1/3 1/2 1 2
ADP 1/6 1/5 1/3 1/3 1/2 1

4 结果与解释
4.1 环境热点辨识
通过比较各阶段潜在环境影响的特征化结果在
整个橡胶种植、运输阶段总环境影响中所占的比重,
可为分析、辨识工艺改进的环节与方向提供依据。
根据清单数据, 计算特征化结果, 并据此绘制各阶
段对各单一影响的贡献率图(图 2)。
178 中国生态农业学报 2011 第 19卷



图 2 橡胶种植不同阶段对各类潜在环境影响的贡献率
Fig. 2 Contribution rates of different stages in natural rubber
plantation to each category potential environment impact

4.1.1 全球变暖
获得 1 kg 橡胶全球变暖物质的当量为 0.74
kg(CO2)eq., 其主要集中于原料阶段, 占总排放量的
76.86%, 其源于尿素、过磷酸钙、氯化钾等化肥生
产过程中能耗较高, 由此导致较高的 NOX等温室气
体物质排放 , 仅其一项贡献率就达到整个过程的
71.62%, 高能耗加之燃煤使用中较低的脱硝效率导
致原料阶段的 GWP效应较高。
4.1.2 环境酸化
获得 1 kg 橡胶环境酸化物质的当量为 0.056 5
kg(SO2)eq., 分别集中于原料阶段和橡胶种植阶段 ,
其贡献率分别达到 45.00%和 53.57%。原料阶段主要
源于我国原煤燃烧过程中脱氮和脱硝效率较低, 加
之较高的能量消耗, 由此导致 NOX和 SO2排放量较
大; 橡胶种植阶段则是因为尿素挥发导致的 NH3排
放, 加之 NH3 较高的当量因子, 其贡献率最大。因
此, 需要降低橡胶环境酸化影响, 应在降低氮肥施
用过程中 NH3 挥发量的同时, 实施节能减排工作,
以降低上述 3类物质的排放量。
4.1.3 水体富营养化
获得 1 kg 橡胶水体富营养化物质的排放量为
0.026 25 kg(PO43)eq., 主要物质来源于橡胶种植阶
段因尿素挥发和淋融效果导致的 NO3-N 和 NH3排
放, 其 EP 贡献率分别为 71.90%和 20.95%, 由此可
以说控制水体富营养化的关键在于提高我国氮肥施
用效率。
4.1.4 光化学烟雾污染
获得 1 kg橡胶导致光化学烟雾物质的排放量为
0.000 9 kg(C2H4)eq., 其主要源于原料阶段的 SO2和
CO排放。
4.1.5 人体健康损害
生产 1 kg 橡胶人体健康损害物质的排放量为
0.111 9 kg(1,4-DCB)eq., 其主要源于原料阶段和运
输阶段因原煤燃烧而导致的粉尘排放量 , 粉尘对
HTP 的贡献率高达 95.95%, 因此降低橡胶种植的
HTP 效果, 关键在于燃料燃烧过程中提高除尘装置
的除尘效率。
4.1.6 不可更新资源消耗
生产 1 kg 橡胶不可更新资源消耗为 0.000 78
g(Sb)eq., 其主要集中于原料阶段和运输阶段的原煤
使用量。
4.2 单一影响加权评估
为进一步了解橡胶种植、运输过程及标准橡胶
生产潜在环境影响的大小, 需要对各类影响类别进
行加权计算 , 根据归一化以及利用层次分析模型
的各影响因素的权重计算结果 , 可计算得 LCA 单
一指标影响值。计算结果表明 , 橡胶种植潜在环境
影响大小排序为 : AP>EP>GWP>HTP>POCP>ADP,
其单一性影响指数为 4.32E13, 表明获得 1 kg 橡
胶的单一性影响潜力为 1995年世界范围总影响潜
力的 4.32E13。
4.3 改进评价
在影响较大的 3 个类别中, 潜在影响物质的排
放总量主要集中于能量消耗较高、能量转化过程中
的影响物质排放以及化肥施用过程中的 NH3排放问
题, 因此降低橡胶种植的潜在环境影响, 主要措施
应包括: 降低各过程的物耗, 以橡胶种植过程中尿
素施用量为代表, 合理施肥、绿肥应用[62]、农家肥
替代是重点应考虑的方向之一; 降低各过程能耗量,
以电能为主的能耗降低, 将直接降低因为电力生产
而产生的 SO2、NOX、CO2、粉尘等潜在环境影响物
质的排放量, 且在时间和资金有限的情况下, 应重
点关注和优先解决 SO2、NOX 的排放问题; 以 CO2
为代表的温室气体减排措施, 例如燃煤锅炉中提高
碳转化率, 使之尽可能高效燃烧为 CO2, 既可以提
高锅炉能量转化效率, 亦减少了CO排放, 可更大程
度降低 GWP效应。
5 结论与讨论
利用 LCA 方法对我国橡胶种植进行了系统的
资源消耗与环境清单分析, 并基于此进行了影响评
价与改进评价, 探讨了其生命周期主要影响类型、
大小以及控制关键。分析与计算结果表明, 橡胶种
植过程中其潜在影响大小排序为 : AP>EP>GWP>
HTP>POCP>ADP。
第 1期 徐杰峰等: 中国橡胶种植生命周期评价研究 179


本研究对我国橡胶种植进行了 LCA分析, 对系
统控制橡胶种植过程的潜在环境影响提供了支撑 ,
同时亦为协调橡胶种植行业的农业与环境管理政策
提供科学依据, 但也存在许多不足之处: 针对 EP的
计算, 因为缺乏当量因子的计算, 故未能将火电生
产排水中的石油类污染物纳入计算, 但苏一兵等[63]
和郑晓红等[64]的研究表明 EP 和石油类之间有一定
联系; 仅讨论了橡胶种植的人为所致影响, 以便提
出其改进方向, 但需要指出的是, 由于橡胶种植过
程会吸收 CO2、CH4、SO2等气体(经初步估算, 收获
1 kg橡胶可吸收 CO2、CH4、SO2、NOX、粉尘等的
质量分别为 1 360 763 g、2.85 g、61.91 g、4.286 g
和 7 428.438 g), 因此, 橡胶种植过程可初步判定为
“负”环境影响的过程; 橡胶种植会导致 N2O产生,
但不能确定其与尿素施用的确切量化关系, 因此本
研究未扣除因自然因素导致的排放问题; 关于农药
的施用以及化肥生产的原材料问题导致的各类潜在
影响 , 因数据缺乏 , 未能纳入分析; 赋权与归一化
标准问题, 赋权部分因采用 AHP 模型, 存在一定的
主观性, 归一化标准则存在一定的时间滞后性以及
其计算过程存在待改进因素 ; 数据使用过程中 ,
仅考虑割胶期的各类影响 , 但橡胶种植是一个较
长的过程 , 其分析范围有待从更长远的时段研究
分析。
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