基于生态足迹的秸秆循环利用模式的可持续性评估外文翻译资料

英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

基于生态足迹的秸秆循环利用模式的可持续性评估

摘要：

为了找到合理的方式回收秸秆，减少资源浪费，本文对四种玉米秸秆循环利用模式的可持续性进行了评估，秸秆直接还田（对照），“秸秆-沼气-秸秆”（SBS），“秸秆-乳制品-秸秆“（SDS）和”秸秆-乳制品-沼气-秸秆“（SDBS）进行了分析比较。基于生态足迹（EF）分析与能源会计一体化的生态足迹法（EEF），将生态足迹（FIFD）单位的足迹投资用作生态系统可持续发展的指标。结果表明，这些秸秆循环模式的FIFD分别为0.81,1.96和0.43，S-D-B-Sgt; S-B-Sgt; S-D-S的可持续性序列，其中S-D-B-S具有最高的可持续性和S-D-S是不可持续的。因此，农-沼模式优于农-畜模式，较长的流通链条可持续发展。根据结果​​，我们建议应开发综合沼气子系统，更有效地利用农业系统中的所有废弃物，以提高可持续性。

关键词：

秸秆-沼气-秸秆模式;废弃物利用;有活力的生态足迹；单位足迹投入;交付

介绍

资源循环农业是一种旨在降低消费和污染物排放并提高相对于传统农业的资源利用效率的新型发展模式（Zhou et al。，2012）。中国是世界人口最多的国家，中国的国家经济占有很高的比重。中国存在三种主要的农业流通模式（Wu et al。，2015），即北部“四合一”，西北“五匹配”和南部“猪 - 沼-果”或“猪 - 沼-渔“模式。由于化肥长期在中国广泛使用，农业生产污染是导致土壤酸化，板结化最大原因。虽然中国农业产出量很大，但是其质量却很低。与此同时，中国每年都会产生大量的秸秆。作物秸秆是重要的可再生资源，近年来已广为人知（Wei et al。，2012）。因此，合理有效地使用秸秆是很重要的。土壤有机碳（SOC）是土壤物理、化学和生物学特性的重要作用，是土壤质量的关键因素。研究表明秸秆还田增加了土壤表面的SOC储量（0-20厘米）（Choudhury等，2014; Sun等，2013）。 Bhattacharyya等（2012）观察到，秸秆与无机氮肥结合显着提高了总碳含量。虽然传统的秸秆还田方法在一些农业地区得到广泛应用，但已经显示出这些在小麦 - 玉米轮作系统中的还田方法的一些缺点。例如，常规秸秆还田显示对机械耕作和幼苗出苗（土壤表面留有大量作物残留）的负面影响，导致作物产量不稳定（Dai et al。，2013）。因此，本文研究了间接秸秆还田。

秸秆可用作动物饲料，然而，很多秸秆被归还到农田，烧毁或丢弃，所以秸秆较少用于喂养动物（Zheng et al。，2012）。同时，废弃的生活垃圾被认为是导致环境问题最重要的因素之一（Llea，2009）。 Dalgaard和Halberg（2007）提出环境负担，认为畜禽粪便应视为畜牧生产的副产品。环境问题变得非常严重。因此，关于对农业和城市废弃物再利用来替代化肥的研究数量正在增加（例如，Ruggieri等，2009）。然而，这些研究主要比较这种应用的农艺学效益（Amiri和Fallahi，2009），但没有考虑可持续性方面。为推动农村可持续发展，中国政府不断努力通过政策，财政支持和技术投入来推动沼气建设。中国沼气综合利用模式已成为中国家用沼气利用的重中之重。吴等（2015）分析了“猪 - 沼-鱼”综合体系的可持续性。运用描述性统计和计量经济学模型分析了家庭沼气系统对农民种植行为的影响。

自1999年将EF概念引入中国以来，引起了学术界的广泛关注，目前的EF方法有一些潜在的改进（Wu et al。，2015）。 Zhao et al。 （2005）修改了生态足迹计算方法。考虑到这两种方法旨在通过会计来源和吞吐量来解决相同的问题，通过估算人类需求与可用的自然服务之间的差距，最后通过评估人类的资源利用来实现。 Siche等人（2010）讨论了Zhao et al.(2015)方法中的一些弱点，并通过一种称为“生态足迹”（EEF）的新方法克服了这些弱点。 EEF和Zhao的主要区别在于前者是自然资本。自然资本是一个地区内的自然资源储存，包括地质，土壤，空气，水和所有生物。自然资本也可能提供生态系统服务，例如回收废物或污染物（或甚至侵蚀）控制（Siche等人，2010）。如今，所有国家，主要是发展中国家，都依赖自然资本。陈和陈（2006）在中国社会的时间序列（1981-2001）研究中比较了基于能量的生态足迹与EF，并提出EEF优于EF，以说明一般生态系统的生态过度。

为了找到合理的农业循环模式，充分利用废弃物资源，本文通过使用EEF对管理者和决策者提供理论支持，比较了4种不同秸秆利用模式的环境可持续性。

2．材料和方法

2.1． 实验设计

实验于2012年至2014年在平原县进行，位于中国黄淮海平原（116◦26E，37◦09N）。 温带温带大陆性季风气候，年平均气温12.6℃，最低和最高气温分别为-17.1℃和38.5℃，年降水量为600.75毫米。 主要种植系统是轻度盐化草甸土壤中的冬小麦 - 夏玉米轮作，含有12.8 mg kg-1有机物，1.38 mg kg-1，总氮，26.9 mg kg-1有效磷和145.2 mg kg-1 可用的K，在-20厘米土层中的pH值为7.7。

使用EEF方法比较了基于玉米秸秆利用率的四种循环模式。 四种模式如下（图1）：

bull;控制方式：全部秸秆直接返回农田。

bull;“秸秆沼气秸秆”（S-B-S）循环模式：收获玉米后，将秸秆运往沼气池，发酵后，将沼气残渣用作农田肥料。

bull;“稻草秸秆”（S-D-S）循环模式：收获玉米后，将秸秆运送到奶牛场，并加工成青贮饲料喂养奶牛，并将牛粪用作农田肥料。

bull;“秸秆 - 沼气 - 秸秆”（SDBS）循环模式：收获玉米后，将秸秆运至奶牛场，加工成青贮饲料喂养奶牛，然后将牛粪运送至沼气在将沼气残渣用作农田肥料之前，先池塘发酵。

在实验场中使用等量的氮（N）。如表1所示，对沼气和牛粪中的N，磷，钾浓度进行了测定。4种循环模式的有机肥和矿物肥的年施用量如表2所示。

2.2。 能量计算

Emergy被定义为一种先前用于直接和间接转换以产生产品或服务的可用能量（Odum，1988年，1996年），并使用太阳能电池（sej）的单位进行测量。 能量可以用来统一所有的能量，物质，信息和金钱流的知识，目前不能直接比较（Brown和Ulgiati，2004; Lan et al。，2002; Martin et al。，2006）。 在这项研究中，U可以用作资源，产品和废物的能量，下面给出了能量分析的基本方程。

U=sum;U_i =sum;p_i·UEV_{i i}

其中Ui表示与整个循环模式过程的第i个产品Pi的生产直接和间接相关的能量。 UEV是能量转换，代表了每单位焦耳或大量产品或服务所需的太阳能能量（Brown和Ulgiati，2004; Chen et al。，2006; Wu et al。，2014）。陈和陈（2010）和他的合作者通过系统投入产出法（Han et al。，2015）建立了最新的体现生态要素强度系统数据库，其中包括中国135个行业的太阳能发电转型。因此，此数据库用于探索与当地生产水平相关的每个产品或服务的平均生态成本。

维持生物圈的全球能量被认为是参考的能量基准，以前计算为9.44E 24 sej / yr（Odum，1996），然后更新为1.58E 25 sej / yr（Odum and Odum，2000）和1.52E 25 sej /年（Brown和Ulgiati，2010）。本研究采用1.58E 25 sej / yr。

2.3。 有活力的生态足迹计算

有活力的生态足迹（EEF）可以作为生态足迹（EF）的延伸指标（Chen和Chen，2006）。 在本文中，全球授权密度（GED），一年一度的全球能源消费量到地球表面面积的比例，是3.1e 14值1 yr.13.1E 14 sej ha-1 yr-1。 EEF可以被定义为支持当地过程或系统的能量U与全球授权密度的比率，其表示与流入和流出系统的流量相关联的地球表面的平均面积（以ha为单位）， 如等式 （2）。

EEF = U / GED（2）

“能量与GED”的参照可用于产生环境度量，能够量化并表达这种本地系统过程的可持续性（Wu et al。，2015）。因此，EEFinputs和EEFyields在这里被定义为代表系统输入和输出中体现的出现的生态足迹。具体来说，EEFinputs可以被视为足迹投资（实际上投入生产系统的土地），是所有投入生产的化肥，水，机器等产品的总和。 EEF输入是生产所有资源和吸收所有废弃物所需的总足迹，可以计算为输入和家禽粪便中隐含的面积之和。虽然EEFyields是系统输出的总占地面积，计算为输出中隐含的面积之和。它代表了中国平均生产水平实际产品所需能源的价值。显然，前者提供了更高的EEF价值，因为它包括防止环境退化所需的足迹费用，而在经济范围内通常不是这样。如果当地工艺的环境绩效比全国平均水平低，作为参考，其EEFinputs将高于EEFyields，而如果当地工艺的表现优于平均水平，则相反情况。环境足迹比率（EFR）也是每单位发货量（FIFD）的足迹投资，如方程（3）所示。

EFR=FIFD=EEFinputs/EEFyields (3)

因此，FIFD表示与废弃物的输入和家禽粪便相关的面积要求在产出中体现出一个单位面积。与评估投资回报的经济效益相反，FIFD是反映投入与产出之间关系的生态效益。事实上，以前的研究中已经广泛采用类似的指数来量化生产系统的效率，可再生性和可持续性（He et al。，2016; Shao and Chen，2016; Wackernagel et al。，2004; Yang et al。 2009）。在本文中，FIFD用于评估系统的可持续性，FIFD lt;1表示可持续的过程，人类活动所需面积少于其拥有的土地，FIFDgt; 1表示人类不可持续的过程活动需要比他们所拥有的土地更多的面积。当比较不同的系统时，较小的FIFD值表明可持续性更高（Wu et al。，2015）。在这项研究中，资源，废物和产品被翻译

到UEV的能量，然后聚合到基于总能量的足迹以确定4种循环模式的可持续性。

3．结果与讨论

3.1．比较不同流通模式的可持续性

输入S-B-S循环模式的能量为3.74E 15 sej yr-1，循环模式的总EEF输入为12.1公顷（表3）;总能源和EEFyields分别为4.65E 15 sej yr-1和15 ha; SB-S循环模式的FIFD为0.81。输入S-D-Scirculation模式的能量为2.47E 16 sej yr-1，而EEF输入的总和为：循环模式为79.7公顷（表4）;总能源和EEFyields分别为1.26E 16 sej yr-1和40.6公顷; S-D-S循环模式的FIFD计算为1.96，这意味着循环模式是不可持续的。这种S-DB-S模式的循环链比S-B-S和S-D-S循环模式的循环链长（图1）。这种流通模式的输入能量和总EEF输入分别为9.90E 15 sej yr-1和31.9公顷（表5）。总能源和EEFyields分别为2.29E 16 sej yr-1和73.9公顷; S-D-B-S循环模式的FIFD为0.43。因此，S-D-B-S循环模式的可持续性大于其他两种循环模式。 “猪 - 沼气 - 鱼”系统也发现类似的可持续性，FIFD为0.48（Wuet al。，2015）。因此，沼气连接的农业系统可能有助于增加循环模式的可持续性。

3.2．比较子系统的可持续性无差异的流通模式

S-B-S循环模式可分为农田和沼气池子系统（图1）。 S-D-S循环模式可以分为农田和奶农场子系统。 S-D-BS循环模式可分为农田，奶牛场和沼气池子系统。

在农田子系统中，S-B-S循环模式的EEF输入为1.82公顷，EEFyield为6.94公顷，FIFD为0.26（表3，图2）。在S-D-S循环模式下，EEF输入为1.75公顷，EEF场为7.28公顷，FIFD为0.24，这意味着该子系统是可持续的（表4，图2）。在S-D-B-S循环模式下，EEF输入为1.78公顷，EEF为7.31公顷，FIFD为0.24（表5，图2）。

在沼气池子系统中，S-B-S循环模式的EEF输入为10.3公顷，占农田子系统的比例较高（85.12％）。生物沼气浆料的EEFwastes足迹仅为0.3公顷，EEF为8.06公顷，FIFD为1.28。在S-D-S循环模式下，奶牛场子系统的EEF输入为78.1公顷，牛粪EEFwacedes占地面积为58.1公顷，EEF田为33.2公顷，FIFD为2.35。因此，奶牛场和沼气池子系统是不可持续的，尽管整个系统是可持续的。在中国，有40％的生物加料系统在1-3年后遭受过高的淘汰率（Zhang et al。，2013）。在中国湖北省的“生猪沼鱼”体系中，虽然整个系统是可持续的，但只有鱼塘子系统是可持续的（Wu et al。，2015）。然而，在SDBS流通模式下，EEF输入总额的最大部分（62.70％）是奶农场子系统，EEF输入为2.00E 05 m2，EEFyields为36.8公顷，FIFD为0.54，这意味着子系统是可持续的EEFinputs的第二大部分（31.66％）是沼气池子系统，其EEF输入为10.1公顷，EEF为29.9公顷，FIFD为0.34，意味着该子系统是可持续发展的。

如图所示。 2，S-B-S，S-D-S和S-D-B-S循环模式农田子系统的FIF

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[26243]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word