埃及马铃薯生产的地下水与地表水灌溉系统能源及生命周期评估：可持续农业路径探索

这篇综述通过生命周期评估（LCA）和能源分析，对比埃及马铃薯生产中中心支轴灌溉（Sc-I，依赖地下水）与滴灌（Sc-II，利用地表水）的环境与能源效率。研究表明，Sc-II显著降低全球变暖潜能（GWP，减少49%）和能源消耗（输入减少37%），同时提高产量（输出能量增加11%），为可持续农业实践提供了关键数据支持。

　　

引言

马铃薯作为全球第三大粮食作物，对埃及农业经济至关重要。然而，不同灌溉系统（地下水驱动的中心支轴灌溉Sc-I与地表水滴灌Sc-II）的能源与环境影响研究仍存空白。本研究基于90个农场数据，采用“摇篮到农场大门”LCA方法，揭示了两种系统的能效与碳排放差异，为资源优化提供科学依据。

材料与方法

研究区域位于埃及三角洲的Beheira省，聚焦冬季马铃薯种植周期（120-150天）。通过问卷调查收集Sc-I（地下水+中心支轴）和Sc-II（地表水+滴灌）的能源输入（柴油、化肥、人力等）与产量数据，并利用CML2方法评估11项环境指标，包括GWP、淡水生态毒性（FE）等。

能源输入与输出分析

Sc-I总能耗129,702 MJ ha^-1
，其中柴油灌溉占52.8%，化肥占22%；Sc-II能耗仅81,565 MJ ha^-1
，柴油占比降至26.3%，但化肥消耗上升至33.7%。Sc-II的能源效率（2.10）显著高于Sc-I（1.18），净能量增益达89,795 MJ ha^-1
，归因于滴灌的低压需求与地表水抽取的节能优势。

环境生命周期影响

Sc-I的GWP为9058.9 kg CO₂
eq ha^-1
，Sc-II降至4428.5 kg CO₂
eq ha^-1
（降幅49%）。毒性类别中，单过磷酸钙生产对Sc-II的人类毒性（HT）和海洋生态毒性（ME）贡献突出（分别占26.5%和49.6%），而Sc-I的机械灌溉主导非可再生资源消耗（ADF占比94.4%）。

农业操作的环境负担

柴油驱动的中心支轴灌溉（Sc-I）是主要污染源，占ME的86.4%、ADF的94.4%；滴灌（Sc-II）虽降低机械能耗，但化肥相关毒性上升。太阳能灌溉系统与精准施肥被推荐为减少柴油依赖和生态毒性的关键措施。

社会经济挑战与建议

尽管Sc-II优势显著，但其推广面临初始成本高、技术培训不足等障碍。政策支持（如补贴）、光伏水泵集成及合作社模式可加速转型，平衡经济性与可持续性目标。

结论

滴灌结合地表水显著提升马铃薯生产的能源与环境绩效，但需配套措施解决化肥毒性问题。研究为埃及乃至干旱区农业的低碳化提供了实证路径，强调可再生能源与智能灌溉的协同潜力。