發(fā)布時間：2020-11-03 11:38

　　 水資源短缺是我國的主要環(huán)境問題之一。我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對水資源的消耗量龐大,并且農(nóng)業(yè)面源污染嚴重,進一步降低了水資源的可利用性。華北平原是我國主要的糧食產(chǎn)區(qū),水資源供需矛盾突出。華北平原主要糧食作物為冬小麥、夏玉米,主要的耕作制度為冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)。水足跡作為一種評價水消耗和水污染情況的綜合性指標,為科學、合理地核算農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的環(huán)境影響提供了系統(tǒng)的思路。本研究以華北平原為研究區(qū)域,采用基于生命周期評價的水足跡評價方法,對冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)所導致的水足跡進行了量化評估,對關鍵因子進行了溯源分析和敏感性分析,并進行了時空分析。在模型設計與構建的過程中,采用了包括致癌性、非致癌性、水稀缺、淡水生態(tài)毒性、水體富營養(yǎng)化和酸性化在內(nèi)的六個中間點影響類別,以及人體健康和生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量兩個終點類別。各類別的特征化因子來自于目前被廣泛應用的模型與方法。研究所使用的背景數(shù)據(jù)庫為基于過程的中國生命周期水足跡分析數(shù)據(jù)庫(The Chinese process-based life cycle inventory database for water footprint analysis,CPLCID-WF)。水足跡評價結(jié)果表明,華北平原生產(chǎn)1噸小麥在人體健康類別上的水足跡為3.1O×10-4～3.84×10-4 DALY,在生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量類別上的水足跡為34.04～40.28 PDF.m2.yr;生產(chǎn)1噸玉米在人體健康類別的水足跡為1.82×10-4～2.26×1 0-4 DALY,在生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量類別的水足跡為29.26～29.80 PDF.m2.yr。中間點水稀缺影響類別和致癌性影響類別在終點人體健康影響類別的貢獻者中的占比最高;中間點富營養(yǎng)化影響類別對終點生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量影響類別的貢獻最大。關鍵流程分析表明,柴油生產(chǎn)過程和灌溉過程是造成人體健康影響的關鍵因素;種植過程污染物的直接排放是對富營養(yǎng)化影響類別和終點生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量影響類別貢獻最大的關鍵流程;柴油和化肥的生產(chǎn)過程是致癌性和淡水生態(tài)毒性影響類別的關鍵流程;柴油生產(chǎn)過程是非致癌性影響類別的最主要的貢獻者。關鍵物質(zhì)分析表明,化學需氧量和總磷是對終點生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量影響類別貢獻最大的兩種物質(zhì);新鮮水和進入水體的鉻與砷是造成人體健康損害的主要物質(zhì)。敏感性分析表明,通過降低5%的灌溉用水或柴油投入,可以減少冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)約2%的人體健康類別的水足跡影響;減少5%的污染物直接排放,則可帶來超過3.8%的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量類別削減的環(huán)境效益。為了有效降低華北平原冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)的水足跡,應該提升灌溉效率,根據(jù)作物生長需水規(guī)律、地理氣候等條件確定合理的灌溉水量與灌溉規(guī)劃;加強施肥管理,提高化肥使用效率,推進化肥施用減量化;控制柴油使用量,更新老舊農(nóng)機,使用生物質(zhì)柴油。對農(nóng)作物秸稈進行還田、堆肥、制備飼料等綜合利用方式也能從全生命周期的角度產(chǎn)生可觀的水足跡削減的環(huán)境效益。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：S512.11;S513
【部分圖文】：

?山東大學碩士學位論文???廠?，，：］???！麟氣?華北平原冬小董－！??］?夏哏米輪作系統(tǒng)??覲肥??Ｉ??Ｉ?＾播種?｜??｜?磷肥??Ｔ－ｒ??Ｉ??！?？?Ｏ?｜??能?｜聽＞?Ｉ生長階段??３?＾２?１■?１?Ｉ??物?ｆ?一＾丨—???料?輸Ｉ農(nóng)膜?灌溉??！?????——?！柴油??—????＾?＾＿?，????電力?＾＾?＇??—￣?〇?丨??種子??Ｉ??；?？收獲??Ｉ?＂、－??丁??冬小麥／夏玉米（１噸ｊ??圖２－１系統(tǒng)邊界??Ｆｉｇ．?２－１?Ｓｙｓｔｅｍ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??２．３水足跡評價方法??依照水足跡評價國際標準ＩＳＯ１４０４６標準，在進行水足跡評價影響類別的??選擇與設計時，所實施的方法可以采用來自不同方法的多個指標［｜５］。圖２－２??展示了本研究所采用的水足跡評價方法框架。在中間點層面，本研宄共選擇??了六個影響類別進行評價。其中，對水消耗方面的潛在環(huán)境影響的評價選用??了水稀缺影響類別，其特征化因子來自Ｂｅｒｇｅｒ等人的研究對水污染方面??的潛在環(huán)境影響的評價選用了致癌性、非致癌性、淡水生態(tài)毒性、富營養(yǎng)??化、水體酸性化等五個影響類別，各影響類別的特征化因子選取自目前被廣??泛運用的評價模型。致癌性、非致癌性與淡水生態(tài)毒性的特征化因子來自于??ＵＳＥｔｏｘ？模型［ｗ，酸性化與富營養(yǎng)化影響類別的特征化因子基于ＣＭＬ模型??［：ｗ。為提高評價結(jié)果的準確性、科學性，使評價結(jié)果能夠充分符合中國國??情，作者所在實驗室已將影響類別的特征化因子均依據(jù)中國國情進行了本土??１１??

?山東大學碩士學位論文???化處理，基于中國的氣象、地理、社會等要素對特征化因子進行了更新。采??用了?Ｍａｃｋａｙ?ＩＩＩ級逸度模型來計算各類污染物質(zhì)在水體、底泥、大氣等各介質(zhì)??間的遷移數(shù)量，從而保證只有最終進入到水體內(nèi)、對水環(huán)境產(chǎn)生污染效應的??污染物質(zhì)才參與到水足跡評價的計算中［１＂：。在終點評價層面，本研究將各中??間點影響類別歸匯到人體健康與生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量兩個影響類別，其中，水稀??缺、致癌性、非致癌性三個中間點影響類別歸到終點人體健康影響類別上；??淡水生態(tài)毒性、淡水生態(tài)毒性、富營養(yǎng)化、水體酸性化以及水稀缺等四個中??間點影響類別被歸到生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量終點影響類別上。從中間點到終點計算所??需的特征化因子采用了?ＲｅＣｉＰｅ?２０１６模型中的特征化因子［１１。??中間點影響類別?終點影響類別??？?一．?＿?一?．?＿?．一．?—?—?？?—?？?—?ｆ－?—?—?－?—?？?—?？?—?－?一?？?—？??＼ｉ?｜?｜???１?！?Ｉ：?—?人體｜??命?，Ｉ＇水微?（ｉ?，?，??周?〇?丨?Ｊ?＼?１?１??ＨＩＪ?Ｉ?????＼?；?ｐ－?；??單：????｜水體常賴ｔ??■：水體酸性化?Ｉ丨、Ｉ??ｉ?Ｉ?（??ｉ?ｉ?；???圖２－２水足跡評價方法??Ｆｉｇ．?２－２?Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ｗａｔｅｒ?ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ?ａｎａｌｙｓｉｓ??１２??

?山東大學碩士學位論文???ｆｌ衣作物雪７Ｘ＊計籯軟件?—?Ｘ??作物話懸?Ｓ：間選擇時間選擇選項設Ｓ??Ｋｃ?時長??Ｉｎｉｔ．??ｌｉｄ．??開始計ｓ?Ｌａｔｅ－??Ｗ＿作物名＆??…一夢．?種植時間??神？日期格式為－ＭＤＤ”?．如■０１０１＂??ｔｆｅＡ?［?保存｜??圖３－１軟件界面??Ｆｉｇ．?３－１?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??ＦＡＯ?Ｐｅｎｍａｎ－Ｍｏｎｔｅｉｔｈ模型假設在農(nóng)作物生長過程對水的需求量近似于作??物的蒸散量（ＥＴ。），作物蒸散量由基準作物蒸散量（ＥＴ〇）和作物系數(shù)（Ｋ〇）??確定１４５１。其計算公式如下：??ＥＴＣ?＝?ＥＴ〇Ｋｃ?（３－１）??式中，ＥＴｃ為作物蒸散量（ｍｍ?ｃＴ１）；?Ｋｃ為作物系數(shù)；ＥＴ０為參考作物蒸發(fā)??蒸騰量（ｍｍ?ｄ＿１）。??０．４０８（／？？－Ｇ）?＋７ｆ－９〇〇＾ｕ２（ｅｓ－ｅａ）??�。�?■?ｚ＞?＋?ｙ（ｌ?＋?〇．３４？）??（３－２）??式中，ＥＴ〇為作物基準蒸散量（ｍｍｄ，；?Ｒｎ為冠層表面凈輻射量（ＭＪｎｒ２??ｄａｙ－１）；?Ｇ為土壤熱通量（ＭＪｎ＾ｄａｙ－１）；?Ｔ為２ｍ處日平均溫度（°Ｃ）；?ｕ２為高度??２ｍ處的風速（ｍ?ｓ－１）；?ｅｓ為飽和水汽壓（ｋＰａ）；?ｅａ為實際水汽壓（ｋＰａ）；?Ａ為飽和水汽??壓溫度曲線的斜率（ｋＰａ?Ｙ為溫度計常數(shù)（ｋＰａ／°Ｃ）。??本研究采用了?ＵＳＤＡ公式的有效降雨量的概念對作物對降水的利用量進??行估算，其計算公式如下：??＿?ｆ?Ｐ（４．１７－０．２Ｐ）／４．１７?ｉｆＰ＜Ｓ．３??Ｐｅｆｆ￣?ｙ?４．１７?＋?０．ＩＰ?ｉｆＰ＾Ｓ．３
【參考文獻】

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本文編號：2868521