梁流濤，翟 彬

基于PRA和LCA方法的農(nóng)戶土地利用行為環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)
——以河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)為例

梁流濤1，2，翟 彬1

（1.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南 開封 475004； 2.河南大學(xué)黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 開封 475004）

研究目的：以河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)為例，利用獲取農(nóng)戶數(shù)據(jù)，定量評(píng)價(jià)農(nóng)戶土地利用行為的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。研究方法：參與式農(nóng)戶調(diào)查與評(píng)估方法（PRA）和生命周期評(píng)價(jià)方法（LCA）。研究結(jié)果：（1）研究區(qū)域農(nóng)戶土地利用行為的能源消耗、溫室效應(yīng)、環(huán)境酸化和富營養(yǎng)化環(huán)境影響指數(shù)分別為0.0598，0.0561，1.2530，0.3420，農(nóng)戶土地利用中富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化對(duì)環(huán)境影響最大；（2）不同環(huán)境影響類型的來源也差異較大，溫室氣體的排放和能源消耗主要產(chǎn)生于農(nóng)資生產(chǎn)階段,富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化主要來自于種植階段化肥施用。研究結(jié)論：研究嘗試從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本單位農(nóng)戶體系著手，采用PRA方法獲取農(nóng)戶數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行農(nóng)戶土地利用的LCA評(píng)價(jià)，測(cè)度農(nóng)戶土地利用的環(huán)境效應(yīng)，結(jié)果具有較高的可信性，但也存在一定的局限。

土地利用；農(nóng)戶行為；環(huán)境影響評(píng)價(jià)；參與式農(nóng)戶調(diào)查；生命周期評(píng)價(jià)方法

1 引言

農(nóng)戶是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的最基本主體和重要決策單位[1]，農(nóng)戶土地行為與農(nóng)業(yè)環(huán)境質(zhì)量變化密切相關(guān)，農(nóng)業(yè)環(huán)境問題在很大程度上源于農(nóng)戶土地利用行為[2-3]，應(yīng)將農(nóng)戶作為分析和解決農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題的基本單元[4]。主要原因是農(nóng)戶數(shù)量眾多并與水土資源利用變化直接相關(guān)，洞察農(nóng)戶土地利用行為和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境之間的相互作用關(guān)系及效應(yīng)，可以為農(nóng)業(yè)環(huán)境問題的解決提供理論依據(jù)。自20世紀(jì)80年代，國外學(xué)者就開始從微觀經(jīng)濟(jì)主體（農(nóng)戶）的視角探討經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題的關(guān)系[5]，現(xiàn)在已經(jīng)成為重要的研究領(lǐng)域[6]。對(duì)于農(nóng)戶土地利用行為環(huán)境效應(yīng)問題的研究，目前文獻(xiàn)中存在明顯的缺陷，主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是在研究內(nèi)容上僅僅停留在農(nóng)戶土地利用行為引起農(nóng)業(yè)環(huán)境問題的分類和描述上[7-8]；二是在研究方法上主要采用一般描述和“事前”（Ex ante）估計(jì)法[9]，以定性分析為主，缺乏對(duì)農(nóng)戶土地利用行為環(huán)境影響過程和環(huán)境效應(yīng)定量評(píng)價(jià)的系統(tǒng)性研究[10]。另外，傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用造成的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題日益嚴(yán)重，但對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用行為環(huán)境效應(yīng)的相關(guān)研究較為少見[11]。因此，本文擬針對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)存在的缺陷，進(jìn)行如下擴(kuò)展：一是將研究區(qū)域擴(kuò)展到傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)，以河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)為研究對(duì)象，并綜合考慮多種環(huán)境影響類型分析農(nóng)戶土地利用的環(huán)境效應(yīng)；二是在研究方法方面，嘗試從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本單位農(nóng)戶體系著手，合理界定農(nóng)戶土地利用系統(tǒng)的邊界，采用參與式農(nóng)戶調(diào)查（PRA）和生命周期評(píng)價(jià)方法（LCA）相結(jié)合的方法定量評(píng)價(jià)農(nóng)戶土地利用行為的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。

2 研究方法和數(shù)據(jù)獲取

2.1 農(nóng)戶土地利用行為環(huán)境效應(yīng)的定量評(píng)價(jià)方法

“生命周期評(píng)價(jià)（LCA）”的概念是由國際環(huán)境毒理學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)（SETAC）于1990年聯(lián)合提出的。由于該方法是一種新興的環(huán)境管理工具，一經(jīng)提出就成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，并得到了廣泛的應(yīng)用。隨著農(nóng)業(yè)環(huán)境問題的日益凸顯，國外學(xué)者嘗試將其引入農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，定量評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品或農(nóng)業(yè)措施的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[12-13]，結(jié)果表明生命周期評(píng)價(jià)方法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是適合的。國內(nèi)學(xué)者雖然嘗試進(jìn)行了農(nóng)業(yè)環(huán)境生命周期評(píng)價(jià)[14]，但在農(nóng)戶領(lǐng)域的研究很少見。因此，本文嘗試在生命周期評(píng)價(jià)的框架下進(jìn)行河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用行為的環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)。農(nóng)戶土地利用行為主要是通過生產(chǎn)投入、土地經(jīng)營規(guī)模、種植結(jié)構(gòu)、技術(shù)選擇等方式造成環(huán)境直接作用因子的變化，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。研究表明，農(nóng)戶化肥施用量已經(jīng)超過了經(jīng)濟(jì)意義上的最優(yōu)施用量，農(nóng)戶過量施肥普遍存在[15]。河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的主要作物類型是小麥、玉米、大豆、棉花等，過度施用化肥現(xiàn)象更加明顯，并且化肥利用率非常低，這成為大氣污染和水體污染的重要源泉。另外，也會(huì)破壞土壤的物理性狀，造成土壤板結(jié)和土壤質(zhì)量問題。目前農(nóng)戶施肥行為已經(jīng)成為農(nóng)戶土地利用對(duì)環(huán)境影響的最主要方面。同時(shí)考慮數(shù)據(jù)的可獲性，本文僅僅分析農(nóng)戶土地利用行為中對(duì)環(huán)境影響最大的施肥行為。

生命周期評(píng)價(jià)方法主要包括4個(gè)相互聯(lián)系的步驟[14,16]。

（1）目的與范圍的界定。利用生命周期評(píng)價(jià)方法最關(guān)鍵的是合理確定研究目的與界定研究范圍，即分析農(nóng)戶土地利用系統(tǒng)和界定系統(tǒng)邊界，并構(gòu)建系統(tǒng)模型?？紤]化肥的來源，農(nóng)戶土地利用完整的系統(tǒng)邊界可以界定為：起始邊界為礦石能源開采，終止邊界為農(nóng)產(chǎn)品和污染物的輸出。在數(shù)據(jù)獲取方面，本文主要是通過PRA方法調(diào)查農(nóng)戶層面的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，研究的目的是定量評(píng)價(jià)農(nóng)戶施肥行為的環(huán)境效應(yīng)，以期為農(nóng)戶土地利用環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)提供新的思路。化肥生產(chǎn)所需的原材料的獲取階段（即礦石開采）雖然此過程也會(huì)消耗大量資源，并對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較為嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)，但這與本文研究目的的相關(guān)性較小，且獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)難度較大，本文沒有將礦石能源開采階段列入生命周期之中，僅考慮農(nóng)作物生產(chǎn)系統(tǒng)中農(nóng)資階段化肥的生產(chǎn)與種植階段化肥的施用兩個(gè)環(huán)節(jié)。

（2）清單分析。利用清單分析的思路對(duì)農(nóng)戶土地利用行為的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行分析，主要任務(wù)是對(duì)產(chǎn)品或服務(wù)在生命周期內(nèi)的環(huán)境影響數(shù)據(jù)量化，并以輸入數(shù)據(jù)清單和輸出數(shù)據(jù)清單的形式表示出來。具體到農(nóng)戶土地利用的生命周期，系統(tǒng)輸入是農(nóng)戶土地利用中所投入的所有原材料、資源和能源等，系統(tǒng)輸出表現(xiàn)為農(nóng)戶土地利用過程中所有釋放到環(huán)境中的廢棄物質(zhì)（包括廢氣、廢水、固體廢棄物及其他廢棄釋放物）。

（3）環(huán)境影響評(píng)價(jià)。生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)的主要任務(wù)是將清單分析結(jié)果（即系統(tǒng)的輸入/輸出）與其對(duì)應(yīng)的環(huán)境影響通過數(shù)量關(guān)系模型關(guān)聯(lián)起來，據(jù)此揭示不同輸入/輸出的相對(duì)重要性及其在每個(gè)生命周期階段對(duì)環(huán)境影響的大小。對(duì)采用哪種方法進(jìn)行生命周期影響評(píng)價(jià)，國內(nèi)外學(xué)者尚沒有統(tǒng)一的意見，但主要采用定性研究和定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法。本文綜合現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型框架對(duì)清單分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。該框架模型主要包括4個(gè)技術(shù)步驟，即分類、特征化、標(biāo)準(zhǔn)化、加權(quán)評(píng)估。

（4）結(jié)果解釋。生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果解釋是在目的與范圍界定、清單分析、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等階段研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行。首先，要對(duì)評(píng)價(jià)過程中所需的信息、資料和數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性以及來源的一致性進(jìn)行檢查，確保數(shù)據(jù)資料準(zhǔn)確可靠；其次，在探討和分析研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性進(jìn)行評(píng)估，形成相應(yīng)的結(jié)論，并提出建議;第三，還需要解釋結(jié)果的局限性，比如一些影響因素如果沒有納入到評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可能會(huì)對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生影響，應(yīng)對(duì)之做出相應(yīng)解釋。

2.2 數(shù)據(jù)收集和調(diào)查方法

本文采用參與式農(nóng)戶調(diào)查與評(píng)估方法（Participatory Rural Appraisal，PRA）獲取農(nóng)戶數(shù)據(jù)。PRA方法主要以樣本區(qū)域的自然資源利用狀況、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件為調(diào)查對(duì)象，通過與農(nóng)戶進(jìn)行非正式訪談來全面了解農(nóng)村實(shí)際狀況[17]。結(jié)合河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的實(shí)際和本文的研究目的，本文主要采用問卷調(diào)查和半結(jié)構(gòu)訪談相結(jié)合的方法。在實(shí)際調(diào)查中采取開放式提問方式，根據(jù)調(diào)查主題和提前擬定的調(diào)查提綱進(jìn)行訪談，并使被調(diào)查農(nóng)戶在和諧的氣氛中發(fā)表對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)環(huán)境狀況和農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)的看法與意愿。

為使數(shù)據(jù)更加真實(shí)和可信，在應(yīng)用PRA時(shí)采取“問卷初步設(shè)計(jì)—預(yù)調(diào)查—問卷修改”的步驟，并多次重復(fù)此過程，直到問卷的表達(dá)方式能夠被農(nóng)戶理解接受，預(yù)調(diào)查結(jié)果達(dá)到理想效果后才進(jìn)入實(shí)地調(diào)查階段。農(nóng)戶層面調(diào)查主要內(nèi)容包括農(nóng)戶家庭狀況、農(nóng)戶收入狀況、土地利用狀況、施肥狀況等。

2012年7—10月份在河南省永城市、孟州市、新野縣、杞縣、武陟縣5個(gè)縣（市）進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查。樣本的選擇依據(jù)平均分布和代表性的原則，采用分層隨機(jī)抽樣的方法進(jìn)行，以縣（市）的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平為判斷標(biāo)準(zhǔn)，并綜合考慮了地貌類型、區(qū)位要素，選擇5個(gè)樣本點(diǎn)，調(diào)查樣本點(diǎn)選擇涵蓋了河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的不同類型區(qū)域，比如，在傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)豫東平原，選擇了兩個(gè)縣（市），經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較高的永城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低的杞縣；在豫西南選擇了地處南陽盆地的新野縣；另外還選擇了處在黃河灘區(qū)的孟州市和豫北平原的武陟縣。然后在抽樣框內(nèi)，每個(gè)縣（市）隨機(jī)選擇2—3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，根據(jù)抽樣結(jié)果，在這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機(jī)選擇2—5個(gè)村莊進(jìn)行調(diào)研。最后在每個(gè)村莊隨機(jī)選擇10—15個(gè)農(nóng)戶進(jìn)行農(nóng)戶調(diào)查。

2.3 農(nóng)戶的基本概況

在河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)共調(diào)查了224個(gè)農(nóng)戶，除去不具有代表性的無效問卷，有效問卷為213 份，有效問卷的比例為95.1%。永城市、孟州市、新野縣、杞縣、武陟縣有效問卷的數(shù)量分別為34份、28份、28份、70份和53份。

在被調(diào)查5縣（市）的全部農(nóng)戶中，90%以上的農(nóng)戶家庭人口數(shù)量在3—5人之間，農(nóng)戶家庭規(guī)模分布較為均勻，平均每戶為4.34人。從男女比例來看，大部分家庭中女性所占的比重為0.4—0.6之間。調(diào)查結(jié)果顯示，平均每戶勞動(dòng)力數(shù)量3.21人。農(nóng)民從事非農(nóng)兼業(yè)現(xiàn)象非常普遍，一般一家之中有1—2人外出打工，平均每戶從事非農(nóng)產(chǎn)業(yè)的勞動(dòng)力數(shù)量為1.69人，并且從事非農(nóng)兼業(yè)的時(shí)間比較長，大都在半年以上，平均每戶的非農(nóng)收入為14616元。勞動(dòng)力文化程度比較低，大部分為小學(xué)和初中文化程度，二者所占的比例達(dá)到了80%，而高中及其以上文化程度所占的非常低。

被調(diào)查農(nóng)戶平均每戶的耕地面積為5.19畝，耕地的經(jīng)營規(guī)模普遍偏小。10畝以上的農(nóng)戶數(shù)為7戶，所占的比例為3.29%；5—10畝的戶數(shù)為100戶，所占的比例為46.95%，3—5畝的戶數(shù)為68戶，所占的比例為31.92%，1—3畝為36戶，所占的比例為16.90%，1畝以下為2戶，所占的比例為0.94%。平均每個(gè)農(nóng)戶擁有的地塊數(shù)量3.46塊，平均每塊耕地的面積為1.498畝。

被調(diào)查農(nóng)戶主要施用尿素和復(fù)合肥，這類農(nóng)戶所占的比例超過90%，而其他化肥的使用量少。由于不同農(nóng)戶施用不同類型的化肥，因此需要將化肥的實(shí)物量轉(zhuǎn)換成化肥的折純量。本文按照不同種類化肥中的有效成分（N、P、K）進(jìn)行折純。根據(jù)相關(guān)行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)，尿素按照氮含量46%表示有效成分；復(fù)合肥的有效成分按照有效成分氮、磷、鉀計(jì)算，由于復(fù)合肥生產(chǎn)行業(yè)沒有固定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，本文取平均值40%作為其有效成分含量。結(jié)果表明，河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶平均每公頃耕地的化肥投入總量為800.55 kg，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家設(shè)置的225 kg/hm2的施肥安全上限。另外，調(diào)查區(qū)域農(nóng)戶施肥量也差異較大，其中農(nóng)戶施肥量杞縣最大，平均值為909.10 kg/hm2，武陟縣的平均值最小，為664.12 kg/hm2。

另外，被調(diào)查對(duì)象的基本狀況能夠在很大程度上決定調(diào)查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從本次調(diào)查情況來看，被調(diào)查者的平均年齡為49.79歲，其中60歲以上、50—60歲、40—50歲、40歲以下所占的比例分別為8.94%、19.51%、47.15%和24.39%，可見40—55歲年齡段所占的比例較大。這個(gè)年齡段戶主在進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行為的決策時(shí)，可以根據(jù)自己掌握的信息和經(jīng)驗(yàn)做出判斷，形成相對(duì)獨(dú)立的有限理性的決策，并且92%以上的被調(diào)查者為男性，這能夠確保調(diào)研結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 河南省農(nóng)戶土地利用行為環(huán)境影響定量評(píng)價(jià)

3.1 對(duì)目的與范圍進(jìn)行界定

本文以河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用行為為研究對(duì)象，在河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)利用PRA方法調(diào)查了農(nóng)戶層面的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際，確定農(nóng)戶土地利用系統(tǒng)邊界，這里僅考慮農(nóng)資階段化肥的生產(chǎn)與種植階段化肥的施用兩個(gè)環(huán)節(jié)。

3.2 清單分析

在化肥生產(chǎn)過程中需要消耗大量的能源和原材料，此過程會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體，如CO2、CO、NOX等，并引起溫室效應(yīng)，因此本文也將能源消耗以及溫室效應(yīng)環(huán)境影響類型納入評(píng)價(jià)系統(tǒng)之中。其他環(huán)境影響類型方面，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量施用的氮磷元素隨農(nóng)田排水和地表徑流進(jìn)入江河，形成富營養(yǎng)化；化肥施用階段的氮元素也會(huì)通過揮發(fā)作用進(jìn)入大氣及化肥生產(chǎn)階段產(chǎn)生SOX氣體，這會(huì)在很大程度上造成環(huán)境酸化。因此，農(nóng)戶土地利用生命周期環(huán)境影響類型主要包括溫室效應(yīng)、富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化三類（表1）。

農(nóng)戶土地利用周期內(nèi)能源消耗和污染排放系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研得到。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段農(nóng)戶化肥施用主要是通過氣體揮發(fā)和養(yǎng)分流失對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響。相關(guān)研究表明，NH3的氣體揮發(fā)率、養(yǎng)分流失量與氮肥的投入量關(guān)系緊密。本文在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，主要參考相關(guān)研究成果[18]，同時(shí)結(jié)合第一次全國污染源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室發(fā)布的《污染源普查農(nóng)業(yè)源系數(shù)手冊(cè)》的不同區(qū)域各參數(shù)取值，確定氮素?fù)]發(fā)、淋失和徑流量系數(shù)，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。主要能源消耗和污染排放系數(shù)具體見表2。

表1 不同階段污染排放種類和環(huán)境影響類型Tab.1 Different pollutant emission types in different stages

表2 農(nóng)資（化肥）生產(chǎn)階段能源消耗和污染排放系數(shù)Tab.2 Life cycle assessment data of fertilizer production

表3 河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)單位面積耕地投入和輸出清單Tab.3 Inputs and outputs inventory of cultivated land in traditional agricultural area

采用清單分析的思路，利用以上確定污染排放系數(shù)數(shù)據(jù)庫建立河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)單位面積耕地投入和輸出清單，具體結(jié)果見表3。在系統(tǒng)輸入中，河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶平均每公頃耕地的化肥投入總量為800.55 kg，其中氮、磷、鉀投入分別為466.13 kg、253.25 kg和84.18 kg，據(jù)此計(jì)算出的能源消耗為50999.82 MJ；在系統(tǒng)輸入中，每公頃耕地CO、NOX、SOX、CO2、NH3、N20、N03-N、PO43-等污染物排放量分別為2.24 kg、18.80 kg、15.87 kg、5288.90 kg、46.61 kg、6.53 kg、23.31 kg、2.18 kg。

3.3 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

環(huán)境影響評(píng)價(jià)的核心是通過評(píng)估清單結(jié)果對(duì)相應(yīng)的環(huán)境影響類型的貢獻(xiàn)度進(jìn)行核算和分析。

3.3.1 分類 進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)第一個(gè)技術(shù)步驟是分類，是將清單分析結(jié)果根據(jù)環(huán)境影響類型進(jìn)行劃分歸類的過程。如前所述，農(nóng)戶土地利用生命周期的環(huán)境影響類型主要包括溫室效應(yīng)、富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化三類，并根據(jù)農(nóng)戶土地利用系統(tǒng)輸入/輸出清單分析結(jié)果與環(huán)境影響類型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行歸類（表4）。

表4 污染排放物與環(huán)境影響類型Tab.4 Pollutant emission and environmental impact type

3.3.2 特征化 其核心內(nèi)容是計(jì)算清單分析結(jié)果的環(huán)境影響潛力。一般來講，某種環(huán)境影響類型是受多種影響因子的共同作用，不同影響因子的貢獻(xiàn)率大小也差別較大。由于量綱不同，不同影響因子之間無法進(jìn)行直接比較，國際上一般采用當(dāng)量因子法進(jìn)行不同影響因子之間的度量轉(zhuǎn)化。當(dāng)量因子法應(yīng)用較為廣泛，不同環(huán)境影響類型己經(jīng)建立起了比較完善和統(tǒng)一的當(dāng)量模型，結(jié)果具有較高的可信度。因此，本文也擬采用當(dāng)量因子法計(jì)算清單分析結(jié)果的環(huán)境影響潛值。

當(dāng)量因子法以環(huán)境影響類型為基本分析單元，其基本步驟如下：首先在某種環(huán)境影響類型中選擇某一個(gè)影響因子作為基準(zhǔn)，將其影響潛力定義為1；其次將其他影響因子與基準(zhǔn)影響因子進(jìn)行對(duì)比，確定其他影響因子的相對(duì)環(huán)境影響潛力，即當(dāng)量系數(shù)，并據(jù)此計(jì)算各個(gè)影響因子的環(huán)境影響潛值；最后通過加總求和得到這種環(huán)境影響類型的綜合環(huán)境影響潛值。具體到農(nóng)戶土地利用生命周期，溫室效應(yīng)、環(huán)境酸化和富營養(yǎng)化三種環(huán)境影響類型選擇的參照物分別為CO2、SO2、PO43-，即分別以CO2、SO2和PO43-當(dāng)量表示。在同一種環(huán)境影響類型中不同污染物可以通過當(dāng)量系數(shù)轉(zhuǎn)換為參照物的環(huán)境影響潛力。結(jié)合鄧南圣的研究成果，確定不同環(huán)境影響因子及當(dāng)量系數(shù)[19]，具體見表5。另外，計(jì)算過程中環(huán)境影響類型也會(huì)涉及能源消耗，本文以熱量單位進(jìn)行表征。

環(huán)境影響潛值指的是系統(tǒng)中所有環(huán)境排放和能源消耗的總和，計(jì)算公式如下：

式1中，EPj指農(nóng)戶土地利用周期內(nèi)對(duì)第j種環(huán)境影響類型的貢獻(xiàn)；EPij指第i種排放物對(duì)第j種潛在環(huán)境影響類型的貢獻(xiàn)；Qij指第i種排放物對(duì)第j種環(huán)境影響類型的排放量；EFij指第i種排放物對(duì)第j種環(huán)境影響類型的當(dāng)量系數(shù)。

表5 不同影響因子的當(dāng)量系數(shù)Tab.5 Equivalent factors of different infuential factors

利用表5提供的當(dāng)量系數(shù)，根據(jù)式1計(jì)算三種環(huán)境影響類型特征化后的潛值，表6列出了單位面積耕地農(nóng)作物生產(chǎn)周期環(huán)境影響潛值。計(jì)算結(jié)果顯示，農(nóng)戶土地利用的溫室效應(yīng)主要來自農(nóng)資（化肥）生產(chǎn)階段，環(huán)境影響潛值達(dá)到了352.892 kg CO2-eq，占生命周期溫室效應(yīng)潛力的72.35%；酸化效應(yīng)和富營養(yǎng)化主要來自農(nóng)作物生長階段，環(huán)境影響潛值分別達(dá)到5.872 kg SO2-eq和12.154 kg PO43--eq，占整個(gè)生命周期內(nèi)酸化效應(yīng)和富營養(yǎng)化潛力的75. 50%和98.72%。

表6 單位面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境影響潛值Tab.6 Environmental impacts potentials of agricultural production

3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)化 為了使不同影響類型環(huán)境影響潛值的相對(duì)大小有可以進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)之進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。在實(shí)際操作中可以根據(jù)研究區(qū)域的大小，選擇不同的尺度標(biāo)準(zhǔn)?？紤]數(shù)據(jù)的可獲性，本文采用人均基準(zhǔn)值對(duì)農(nóng)戶土地利用周期環(huán)境影響進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并結(jié)合楊建新研究成果確定標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)[16]，具體見表7。計(jì)算公式如下：

式2中，NEPj指第j種環(huán)境影響潛值標(biāo)準(zhǔn)化值；EPj為第j種環(huán)境影響特征化值；ERj為人均基準(zhǔn)值。

表7 標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)Tab.7 Normalization values

利用式2對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)周期環(huán)境影響進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，具體結(jié)果見表8。河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用行為的能源消耗、溫室效應(yīng)、環(huán)境酸化和富營養(yǎng)化環(huán)境影響指數(shù)分別為0.0598、0.0561、1.2530、0.3420，即單位面積耕地的能源消耗、溫室效應(yīng)、富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化潛力分別相當(dāng)于中國人均能源和環(huán)境負(fù)荷潛值的5.98%、5.61%、125.30%和34.20%?？梢钥闯觯谌N潛在的環(huán)境影響負(fù)荷中，以環(huán)境酸化和富營養(yǎng)化效應(yīng)最為嚴(yán)重，能源消耗對(duì)環(huán)境的影響也不容忽視，而溫室效應(yīng)影響是最小的。

表8 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生命周期環(huán)境影響指數(shù)Tab.8 Life cycle environmental impact index of agricultural production

3.3.4 加權(quán)評(píng)估 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化可以測(cè)度不同環(huán)境影響類型潛在影響的相對(duì)大小，根據(jù)專家評(píng)議法確定不同環(huán)境影響類型的權(quán)重值，具體見表7。綜合環(huán)境影響指數(shù)計(jì)算公式如下：

式3中，WR表示農(nóng)戶土地利用系統(tǒng)環(huán)境影響指數(shù)；NEPj表示第j種環(huán)境影響潛值標(biāo)準(zhǔn)化值；Rj表示環(huán)境影響類型的權(quán)重。依據(jù)環(huán)境影響標(biāo)準(zhǔn)化值和相關(guān)權(quán)重，利用式3計(jì)算出系統(tǒng)環(huán)境影響指數(shù)，具體見表8。

3.4 結(jié)果解釋

經(jīng)加權(quán)評(píng)估后，農(nóng)戶土地利用環(huán)境影響指數(shù)為0.404，這表明河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用單位土地面積的環(huán)境影響潛力是中國人均環(huán)境影響潛力的0.404倍，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響比較大。不同環(huán)境影響類型環(huán)境影響指數(shù)大小也差異較大，由大到小依次是富營養(yǎng)化、環(huán)境酸化、能源消耗和溫室效應(yīng)?？梢姡r(nóng)戶土地利用過程中化肥投入對(duì)環(huán)境產(chǎn)生最嚴(yán)重的負(fù)效應(yīng)是富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化，這個(gè)結(jié)論是可信的。在富營養(yǎng)化方面，河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用中化肥過量投入現(xiàn)象非常普遍，抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，每公頃施肥量達(dá)到了800.55 kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了聯(lián)合國環(huán)保組織設(shè)定的安全施肥的上限。過量的化肥投入會(huì)通過淋失、農(nóng)田徑流造成面源污染成為主要的污染源，造成了富營養(yǎng)化。目前農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)超過了工業(yè)點(diǎn)源污染，成為中國流域污染和富營養(yǎng)化的主要因素。根據(jù)第一次全國污染源調(diào)查公報(bào)顯示，通過農(nóng)業(yè)面源污染排放的總氮為270.48×104t，總磷為28.47×104t，分別占全國污染排放總量的57.19%和67.27%。在環(huán)境酸化方面，主要來源于種植階段，超量施用氮肥，大量NH3揮發(fā)是導(dǎo)致潛在環(huán)境酸化的主要原因。另外，需要特別指出的是，種植結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)戶土地利用環(huán)境影響指數(shù)影響較大。種植結(jié)構(gòu)的變化將導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入以及農(nóng)業(yè)景觀結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化，從而對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境演變產(chǎn)生不同的影響。為了定量測(cè)度種植結(jié)構(gòu)和環(huán)境影響指數(shù)之間的關(guān)系，本文采用相關(guān)系數(shù)方法進(jìn)行分析，種植結(jié)構(gòu)用經(jīng)濟(jì)作物播種面積所占的比例表示。測(cè)算結(jié)果，二者是正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.911，并且在5%的顯著水平下通過檢驗(yàn)，這表明，經(jīng)濟(jì)作物所占的比例越大，對(duì)環(huán)境影響也越大。

4 結(jié)論與討論

本文采用生命周期評(píng)價(jià)和參與式農(nóng)戶調(diào)查相結(jié)合的方法分析了傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)河南省農(nóng)戶土地利用命周期資源消耗和污染物排放清單，并通過構(gòu)建概念模型對(duì)農(nóng)戶土地利用從農(nóng)資生產(chǎn)階段到種植階段的生命周期進(jìn)行了環(huán)境影響評(píng)價(jià)。主要結(jié)論如下：

（1）河南省傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)農(nóng)戶土地利用行為的能源消耗、溫室效應(yīng)、環(huán)境酸化和富營養(yǎng)化環(huán)境影響指數(shù)分別為0.0598、0.0561、1.2530和0.3420，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中單位面積耕地的能源消耗、溫室效應(yīng)、環(huán)境酸化和富營養(yǎng)化潛力分別相當(dāng)于中國人均能源和環(huán)境負(fù)荷潛值的5.98%，5.61%，125.30%和34.20%?？梢姡r(nóng)戶土地利用對(duì)環(huán)境影響較大。農(nóng)戶土地利用對(duì)環(huán)境影響最大的是是富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化。因此，在農(nóng)業(yè)環(huán)境管理中應(yīng)將富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化作為重點(diǎn)控制的環(huán)境類型。

（2）不同環(huán)境影響類型的來源也差異較大，溫室氣體的排放和能源消耗主要產(chǎn)生于農(nóng)資生產(chǎn)階段。污染物排放影響最大的環(huán)境影響類型是富營養(yǎng)化和環(huán)境酸化，主要來自于種植階段化肥施用。因此，一方面應(yīng)提高化肥生產(chǎn)的技術(shù)水平，實(shí)施清潔生產(chǎn)和節(jié)能減排，從源頭控制溫室氣體排放和減少能源消耗；另一方面農(nóng)戶土地利用過程中也應(yīng)采用環(huán)境友好型生產(chǎn)技術(shù)（比如測(cè)土配方施肥），控制化肥的投入量，提高化肥利用率。

（3）本文嘗試從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本單位農(nóng)戶體系著手，測(cè)度農(nóng)戶土地利用的環(huán)境效應(yīng)，結(jié)果具有較高的可信性，但結(jié)合中國農(nóng)戶土地利用的實(shí)際，LCA方法在農(nóng)戶土地利用上的應(yīng)用仍然存在一些因素限制。第一，農(nóng)戶是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本單位，受自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響，農(nóng)戶土地利用行為差異較大，其環(huán)境影響差異巨大，通過LCA方法進(jìn)行評(píng)價(jià)和管理是十分必要。中國實(shí)行家庭承包責(zé)任制，這就造成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模偏小和分散經(jīng)營的狀況，農(nóng)戶層面缺乏較為全面和準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作為LCA評(píng)價(jià)的支撐。本文采用農(nóng)戶抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)嘗試進(jìn)行農(nóng)戶層面LCA評(píng)價(jià)，但在操作中投入要素考慮不全面，鑒于數(shù)據(jù)的可獲性，未能將水、農(nóng)藥以及運(yùn)輸?shù)燃{入到LCA分析框架，可能造成生命周期不夠完整，這也是以后的研究中需要進(jìn)一步考慮的問題。第二，對(duì)于農(nóng)戶土地利用行為的污染排放參數(shù)、環(huán)境影響類型的特征化參數(shù)、環(huán)境影響潛力的基準(zhǔn)值以及權(quán)重值等的獲取，本文主要是采用文獻(xiàn)調(diào)研的方法，并結(jié)合第一次全國污染源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室發(fā)布的《污染源普查農(nóng)業(yè)源系數(shù)手冊(cè)》，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。由于這些系數(shù)是針對(duì)不同區(qū)域的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過簡單的加權(quán)平均來代替樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可能會(huì)影響區(qū)域評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。

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（本文責(zé)編：仲濟(jì)香）

Environmental Impacts of Farmer Households’ Land Use Behaviors via the Methods of PRA and LCA

LIANG Liu-tao1，2， ZHAI Bin1
（1. College of Environment and Planning, Henan University, Kaifeng 475004, China; 2. Key Laboratory of Geospatial Technology for Middle and Lower Yellow River Regions, Ministry of Education, Kaifeng 475004, China）

The purpose of this paper is to quantitatively assess the environmental impacts of farmer households’ land use behaviors, taking the traditional agricultural area of Henan province as an example. The methods include Life Cycle Assessment （LCA） and Participatory Rural Appraisal （PRA）. The results indicate that 1） the environmental impact index of energy consumption, greenhouse effect, acidification and eutrophication were 0.060, 0.056, 1.253, and 0.055 in Traditional agricultural area, respectively. Acidification and eutrophication have the greatest impact on the environment. 2） Sources for different type of environmental impact are also different. Greenhouse gas emissions and energy consumption are generated in the agricultural production stage, eutrophication and acidification mainly from planting fertilizer. The paper concludesthat the methods used in the paper may be applied further to estimate environmental impacts of farmers’ behavior, although there are some limitations.

land use; household production behavior; environmental impact assessment; participatory rural appraisal; life cycle assessment

F301.2

文章編號(hào)：1001-8158（2015）05-0084-09

10.13708/j.cnki.cn11-2640.2015.05.012

2014-12-26

修改日期：2015-03-05

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41301641）；教育部人文社會(huì)科學(xué)研究一般項(xiàng)目（11YJC790095）；教育部人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地重大項(xiàng)目（14JJD790011）；河南省教育廳人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（2014-gh-366）。

梁流濤（1981-），男，河南開封人，博士，副教授。主要研究方向?yàn)橘Y源經(jīng)濟(jì)與環(huán)境經(jīng)濟(jì)。E-mail: ltliang@henu.edu.cn