西北地区小麦生产环境风险时空特征

摘要

利用CROPWAT模型和生命周期评价(LCA)方法,对西北地区2005—2020年小麦生产的投入、环境风险和水分需求进行分析和评价。结果表明:西北地区氮、磷、钾平均肥料投入量分别为238、142、62.5 kg·hm^(-2);农药、柴油、种子、人工的投入量分别为4.35 kg·hm^(-2)、1.26 L·hm^(-2)、305 kg·hm^(-2)、771 h·hm^(-2)。西北地区平均小麦产量3.68 t·hm^(-2),排放温室气体3589 CO_(2)-eqkg·hm^(-2),土壤酸化潜值87.0 SO_(2)-eqkg·hm^(-2),消耗能量3.3×10^(8) J·hm^(-2)。肥料投入对温室气体排放和能量消耗的贡献最大,分别达到86.5%和77.8%;农作阶段在土壤酸化潜值中贡献率最高,占比达90%以上。西北地区小麦生产平均需水量为331 mm,平均灌溉需水量为227 mm,平均作物水分盈亏指数为-65.7%。相较于2004年,2020年小麦生产单产增加了37.7%,种植面积降低了6.55%。氮、磷、钾肥的投入较2004年分别上升48.6%,40%和115%。农药和柴油投入量在17 a间的差异较大;人工投入呈逐步降低趋势,较2004年下降了50.8%。种子投入在17 a间呈先上升后下降的趋势,2011年达到最高值346 kg·hm^(-2)。与2004年相比,2020年的单位面积温室气体排放量、土壤酸化潜值和能量消耗分别提高了54.1%,57.3%和31.7%。西北地区小麦生产的需水量、降雨量和灌溉需水量在时间尺度上无明显变化。西北地区不同省(区)小麦生产中的生态环境风险和需水规律存在较大差异。内蒙古的温室气体排放量、土壤酸化潜值、能量消耗和灌溉需水量占据西北地区小麦生产最高环境代价,但需要最高的灌溉量。山西的降雨量最高,同时在温室气体排放量、土壤酸化潜值和能量消耗的环境风险方面呈较低水平,说明山西省具有小麦生产最低的综合生态环境风险和最低的灌溉需求。