J. Clean. Prod丨中国新疆棉花生产的碳和磷足迹与来自中亚的替代纤维相比

论文内容

研究背景：

农业对温室气体排放有显著贡献，从而对气候变化有影响。这不仅适用于粮食作物和饲料作物，也适用于棉花等经济作物。农业生产活动产生的排放、化肥等投入品生产产生的间接排放、土壤排放产生的氧化亚氮等。碳足迹衡量的是一个人、组织、事件或产品直接或间接造成的温室气体排放总量。农业消耗的大部分资源是不可再生的，例如用于生产肥料生产的电力的天然气或煤炭，或用于农场作业过程中用于机械的柴油。磷也是一种不可再生资源，其在地球上的可利用储存量正在迅速减少。目前全球磷矿储量估计为650亿吨，每年开采的磷矿量约为1750万吨。

研究内容：

本研究的边界为从种植到轧花后的纤维。同时计算了磷足迹和碳足迹，磷足迹是指在产品的生命周期中，直接或间接引起的总的输入和输出，包括磷的储存和损失。磷足迹的计算从施加于某一作物的施肥量开始。从该施肥量开始，计算倒退到最初开采的磷量，以便生产这种特定的施肥量。

图1:棉花生产投入品与作业的工艺流程图

棉花种植依赖灌溉，同时在生长季节施用化肥和农药。收获由人工完成。因此，本研究考虑了耕作、播种、铺地膜和滴灌、施肥、农药和除草剂的使用、灌溉和收获等农事操作。棉花种植相关物质生产原料(天然气、原油和煤)的提取(化肥、农药、除草剂、地膜、干燥剂)

图2:罗布麻生产工艺流程图

罗布麻在种植后30年仍能生产纤维，但10年后产量下降。种植过程中只需施肥1次。此后，每年冬季将植物营养物质转移到其根茎中。在建植的前2 ~ 3年，需要灌溉。罗布麻种植后3年即可采收。罗布麻生产的工艺流程图如图2所示，包括提取原料生产肥料和柴油，罗布麻植株的培育，农场运输和纤维提取。在10年的种植周期内，假设建植3年，收获7年。为了与棉花具有可比性，将所有足迹值分解为年值。

表1: 2007 - 2012年棉花的气候足迹和能源足迹。

如表1，棉花的气候足迹为4.43 kg CO2e / kg 纤维，而能源足迹为2.64 kg CO2e / kg 纤维。罗布麻的气候足迹为1.93 kg CO2e / kg纤维，不到棉花气候足迹的一半。罗布麻的能源足迹为1.96 kg CO2 / kg纤维，仅占棉花能源足迹的2 / 3

表2:棉花和罗布麻种植的材料、农场操作和纤维提取的CO2排放和能源消耗

棉花两种碳足迹中占比最大的部分都是化肥生产，占能源足迹的68.4 %，占气候足迹的63.9 %。气候足迹与能源足迹的主要差异来自于土壤N2O的排放，其排放量约占气候足迹中每千克纤维排放1 kg CO2e。因为N2O排放是由于施肥，棉花总气候足迹的86.1 %可归因于施肥。

与棉花相比，化肥生产和土壤排放对罗布麻纤维气候足迹的贡献仅为13.3 %和2.8 %。在罗布麻生产中，碳足迹的主要构成是纤维提取和提取过程结束时的化学处理，占气候足迹的74.5 %和能源足迹的73.3 %。农事操作和灌溉对碳足迹的贡献较小，因为大部分农事操作如整地和种植只需要一次。但由于不同的收获技术和罗布麻茎秆的捆绑，罗布麻的收获与棉花收获一样造成了较高的排放。

研究结论：

在棉花生产中减少碳和磷足迹需要减少化学肥料的施用，来减少N2O排放。但是减少肥料的投入可能导致产量降低。通过进一步的研究，一方面要在高产和经济效益之间找到一个平衡点，另一方面要在对环境的影响之间找到一个平衡点。残余物的再利用将增加N和P的含量，并有助于减少化肥的用量。棉花籽实榨油后的残渣会显著降低磷足迹，从而减少对有限矿物磷资源的依赖。在罗布麻生产中，最大份额的气候足迹和能源足迹是提取过程结束时的化学处理。该提取工艺领域的改进对进一步减少这两种碳足迹具有很大的帮助。由于本研究是在旱地背景下进行的，因此该结果需要与水足迹分析相结合，以便全面了解棉花和罗布麻纤维生产对环境的影响。

期刊信息

期刊：Journal of Cleaner Production

影响因子（2022）：11.1

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转自：“农科学术圈”微信公众号

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