棉花怎么種才能實現可持續發展？

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棉花究竟怎么種，才能實現可持續發展？

近日，《自然綜述：地球與環境》（Nature Reviews Earth & Environment）在線發表了中國農業科學院西部研究中心棉花布局與低碳生產技術創新團隊最新研究成果。

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2023年中國新疆昌吉棉田收獲季研究人員測產。王占彪供圖

該研究系統闡明了全球棉花全產業鏈對環境的影響，通過解析棉紡織品全生命周期的環境影響，對比分析植物纖維、動物纖維、合成纖維紡織品對環境影響的差異，提出從種植、加工和使用三個環節提高棉花產業的可持續發展策略與途徑，為棉花可持續生產與利用提供理論支撐。 

從全球視角看棉花全生命周期

棉花是全球最重要的經濟作物之一。近五年，全球棉纖維平均年產量為2500萬噸，約占全球紡織纖維產量的1/4。同時，棉花全產業鏈創造了大量就業機會，為數以億計的棉花產業從業者提供了生計來源。

但是，“棉花種植、加工、使用過程不可避免的對人類環境造成影響，亟需開展全球棉紡品全生命周期評價，提出棉花可持續生產與利用的發展方向。”論文總通訊作者、該團隊首席科學家王占彪研究員在接受《中國科學報》采訪時說。

王占彪強調，棉花產業是一個龐大的產業，其涉及農業、工業、運輸業、服務業以及商業多個領域，生命周期鏈長且復雜，各個環節差異較大，且互相交織密不可分。“前人研究涉及此方面相對較少，因此有必要探討棉花產業鏈對環境影響這個課題。研究此課題可以幫助我們深入了解棉花產業在環境方面存在的問題，并尋找改進和創新的措施，以實現更可持續、環境友好的棉花生產和使用。”

然而，僅從樣點或區域尺度研究不具有代表性，因為棉花的生產、加工和消費分布在全球各個地區，國家間貿易使棉花的生產、運輸和消費涉及多個國家和地區，因此了解全球范圍內的環境影響情況可以提供更全面的視角。

同時，不同地區的棉花產業鏈環境影響存在差異，從全球尺度來研究可以比較不同地區的情況，并更好地了解不同因素對各個地區環境的影響。

“這種全球視角可以為制定國際標準、政策和實踐提供科學依據，從而促進全球棉花產業的可持續發展。”王占彪說。 

全球棉田資源投入量和環境影響

首先，他們通過全球的棉田氮肥投入、灌溉、農藥投入以及產量分布計算了全球棉田資源投入量，輔助解釋棉花生命周期的環境影響在各個地區分布不均。

研究團隊發現，棉花種植環節的環境影響取決于灌溉、農藥和化肥用量。全球約有一半的棉田使用地下水灌溉，農藥平均施用量為每公頃1.57 kg，氮磷肥平均投入量為每公頃150 kg。但是，全球各棉區灌溉、農藥、氮肥施用量差異較大：經濟發展水平高的地區施用量較高，而經濟水平和水資源有限棉區施用量較少。

王占彪說，亟需因地制宜提高灌溉用水、化肥、農藥利用效率，減少生產環節的環境影響。

其次，“在這項研究中，我們從棉花的種植階段、加工階段和使用階段來評估棉花全生命周期對環境的影響。”論文第一作者、中國農業科學院博士后張正貴介紹。根據LCA算法，他們從水的使用、人類和生態毒性、富營養化、碳足跡四個方面估算了環境影響。

就水的使用來說，估計 97~98% 的用水影響與棉纖維生產有關，只有 2% 與洗衣活動有關。用水仍以棉花灌溉為主，但服裝零售后的用水量也很高。

就人類和生態毒性而言，棉衣的毒性影響可能主要集中在棉花種植或紡織產品制造階段。“但是在紡織品生命周期評估中，此類毒性評估相對較少，因為分析人員面臨數據稀缺的問題。此外毒性評估的方法變化相對較快，很多研究結果由于方法不一致不可嚴格的被比較。”張正貴說。

富營養化影響的生命周期評估顯示，占比最高的依次是棉花種植過程中的化肥使用（占83%）、消費者的洗滌劑使用和濕加工過程。

棉衣的生產也導致了相當的二氧化碳排放。“我們發現每件產品在棉制品整個生命周期內的碳足跡范圍為 3 至 62 千克二氧化碳當量。換句話說，每使用一件服裝就會排放 50 至 872 克二氧化碳當量。”張正貴說，服裝生產階段和消費者使用階段的碳足跡占主導地位。其根本差異與家庭使用的電能來源以及各國普遍采用的洗衣方式有很大關系。

因此，“根據棉紡品全生命周期環境評價結果，有的放矢的降低不同環節的不同投入，是減少棉花全產業鏈環境影響的有效手段。”王占彪說，在他們調查的所有環境影響中，天然植物纖維（棉花、黃麻和亞麻）環境影響低于動物和合成纖維（絲綢和羊毛）。“以天然植物纖維代替合成纖維紡織品的使用，也有利于人類可持續發展。” 

未來棉花產業可持續發展的方向

王占彪建議，為了實現可持續發展，棉花產業需要采取一系列的措施，包括推廣節水灌溉技術、優化農藥和化肥使用、加強土壤保護與恢復、推動可持續棉花標準與認證體系等。

“我們在這項研究中提到的環境影響與我們的日常認知有所不同，這是因為很多影響并不會直接影響我們的日常生活，而是經過長久時間間接影響。”王占彪解釋說，例如，洗衣服需要洗滌劑和消毒水等產品，盡管這些化學物質可以將我們的衣服洗干凈，但其摻入水中被排到江河湖海之后造成了水的富營養化，最終通過食物鏈循環到人的飲用水中，對人類的身體健康造成不利影響。因此，這種緩慢的長期污染物也應該被重視。

尤其是棉花的使用階段與我們每個人的生活息息相關。“消費者行為對紡織品的可持續性起著決定性作用。”王占彪說，消費者可以通過在當地商店購物、步行或騎自行車而不是開車，或將購物與其他日常工作結合起來，以減少排放。其次，消費者應該盡可能的長時間使用衣服，崇尚“慢時尚”而不是“快時尚”觀念，同時不穿的衣服可以售賣或租借，以實現衣物的流轉。再次，減少機洗、降低洗滌液的用量會大幅降低洗衣過程對環境的影響。最后，避免熨燙對環境可持續性也很重要，因為熨燙會耗費大量電力，從而導致溫室氣體排放，并在一定程度上導致更高的富營養化。

另一方面，棉花與其他大宗糧食作物不同，棉花的生產和使用在造成環境影響的同時也可長期存在作為固碳作物（類比木材）。

在種植階段，棉花作為重要的經濟作物與其他大宗作物的改良方式也是適用的。例如提高灌溉效率、采用害蟲綜合管理、增加肥料利用率等方式在玉米、小麥和水稻的農田也適用。

新疆農業科學院經濟作物研究所研究員田立文說，從棉花的種植、加工與紡織等方面系統解析棉花產業各環節分別對環境的影響，為棉花的可持續生產與利用提供了重要思路和線索，為未來棉花產業可持續生產與利用的指明發展方向，對于解決棉花產業面臨的環境挑戰及可持續性發展問題具有重要意義。