棉花究竟怎么种，才能实现可持续发展？
近日，《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）在线发表了中国农业科学院西部研究中心棉花布局与低碳生产技术创新团队最新研究成果。
2023年中国新疆昌吉棉田收获季研究人员测产。王占彪供图
该研究系统阐明了全球棉花全产业链对环境的影响，通过解析棉纺织品全生命周期的环境影响，对比分析植物纤维、动物纤维、合成纤维纺织品对环境影响的差异，提出从种植、加工和使用三个环节提高棉花产业的可持续发展策略与途径，为棉花可持续生产与利用提供理论支撑。
从全球视角看棉花全生命周期
棉花是全球最重要的经济作物之一。近五年，全球棉纤维平均年产量为2500万吨，约占全球纺织纤维产量的1/4。同时，棉花全产业链创造了大量就业机会，为数以亿计的棉花产业从业者提供了生计来源。
但是，“棉花种植、加工、使用过程不可避免的对人类环境造成影响，亟需开展全球棉纺品全生命周期评价，提出棉花可持续生产与利用的发展方向。”论文总通讯作者、该团队首席科学家王占彪研究员在接受《中国科学报》采访时说。
王占彪强调，棉花产业是一个庞大的产业，其涉及农业、工业、运输业、服务业以及商业多个领域，生命周期链长且复杂，各个环节差异较大，且互相交织密不可分。“前人研究涉及此方面相对较少，因此有必要探讨棉花产业链对环境影响这个课题。研究此课题可以帮助我们深入了解棉花产业在环境方面存在的问题，并寻找改进和创新的措施，以实现更可持续、环境友好的棉花生产和使用。”
然而，仅从样点或区域尺度研究不具有代表性，因为棉花的生产、加工和消费分布在全球各个地区，国家间贸易使棉花的生产、运输和消费涉及多个国家和地区，因此了解全球范围内的环境影响情况可以提供更全面的视角。
同时，不同地区的棉花产业链环境影响存在差异，从全球尺度来研究可以比较不同地区的情况，并更好地了解不同因素对各个地区环境的影响。
“这种全球视角可以为制定国际标准、政策和实践提供科学依据，从而促进全球棉花产业的可持续发展。”王占彪说。
全球棉田资源投入量和环境影响
首先，他们通过全球的棉田氮肥投入、灌溉、农药投入以及产量分布计算了全球棉田资源投入量，辅助解释棉花生命周期的环境影响在各个地区分布不均。
研究团队发现，棉花种植环节的环境影响取决于灌溉、农药和化肥用量。全球约有一半的棉田使用地下水灌溉，农药平均施用量为每公顷1.57 kg，氮磷肥平均投入量为每公顷150 kg。但是，全球各棉区灌溉、农药、氮肥施用量差异较大：经济发展水平高的地区施用量较高，而经济水平和水资源有限棉区施用量较少。
王占彪说，亟需因地制宜提高灌溉用水、化肥、农药利用效率，减少生产环节的环境影响。
其次，“在这项研究中，我们从棉花的种植阶段、加工阶段和使用阶段来评估棉花全生命周期对环境的影响。”论文第一作者、中国农业科学院博士后张正贵介绍。根据LCA算法，他们从水的使用、人类和生态毒性、富营养化、碳足迹四个方面估算了环境影响。
就水的使用来说，估计 97~98% 的用水影响与棉纤维生产有关，只有 2% 与洗衣活动有关。用水仍以棉花灌溉为主，但服装零售后的用水量也很高。
就人类和生态毒性而言，棉衣的毒性影响可能主要集中在棉花种植或纺织产品制造阶段。“但是在纺织品生命周期评估中，此类毒性评估相对较少，因为分析人员面临数据稀缺的问题。此外毒性评估的方法变化相对较快，很多研究结果由于方法不一致不可严格的被比较。”张正贵说。
富营养化影响的生命周期评估显示，占比最高的依次是棉花种植过程中的化肥使用（占83%）、消费者的洗涤剂使用和湿加工过程。
棉衣的生产也导致了相当的二氧化碳排放。“我们发现每件产品在棉制品整个生命周期内的碳足迹范围为 3 至 62 千克二氧化碳当量。换句话说，每使用一件服装就会排放 50 至 872 克二氧化碳当量。”张正贵说，服装生产阶段和消费者使用阶段的碳足迹占主导地位。其根本差异与家庭使用的电能来源以及各国普遍采用的洗衣方式有很大关系。
因此，“根据棉纺品全生命周期环境评价结果，有的放矢的降低不同环节的不同投入，是减少棉花全产业链环境影响的有效手段。”王占彪说，在他们调查的所有环境影响中，天然植物纤维（棉花、黄麻和亚麻）环境影响低于动物和合成纤维（丝绸和羊毛）。“以天然植物纤维代替合成纤维纺织品的使用，也有利于人类可持续发展。”
未来棉花产业可持续发展的方向
王占彪建议，为了实现可持续发展，棉花产业需要采取一系列的措施，包括推广节水灌溉技术、优化农药和化肥使用、加强土壤保护与恢复、推动可持续棉花标准与认证体系等。
“我们在这项研究中提到的环境影响与我们的日常认知有所不同，这是因为很多影响并不会直接影响我们的日常生活，而是经过长久时间间接影响。”王占彪解释说，例如，洗衣服需要洗涤剂和消毒水等产品，尽管这些化学物质可以将我们的衣服洗干净，但其掺入水中被排到江河湖海之后造成了水的富营养化，最终通过食物链循环到人的饮用水中，对人类的身体健康造成不利影响。因此，这种缓慢的长期污染物也应该被重视。
尤其是棉花的使用阶段与我们每个人的生活息息相关。“消费者行为对纺织品的可持续性起着决定性作用。”王占彪说，消费者可以通过在当地商店购物、步行或骑自行车而不是开车，或将购物与其他日常工作结合起来，以减少排放。其次，消费者应该尽可能的长时间使用衣服，崇尚“慢时尚”而不是“快时尚”观念，同时不穿的衣服可以售卖或租借，以实现衣物的流转。再次，减少机洗、降低洗涤液的用量会大幅降低洗衣过程对环境的影响。最后，避免熨烫对环境可持续性也很重要，因为熨烫会耗费大量电力，从而导致温室气体排放，并在一定程度上导致更高的富营养化。
另一方面，棉花与其他大宗粮食作物不同，棉花的生产和使用在造成环境影响的同时也可长期存在作为固碳作物（类比木材）。
在种植阶段，棉花作为重要的经济作物与其他大宗作物的改良方式也是适用的。例如提高灌溉效率、采用害虫综合管理、增加肥料利用率等方式在玉米、小麦和水稻的农田也适用。
新疆农业科学院经济作物研究所研究员田立文说，从棉花的种植、加工与纺织等方面系统解析棉花产业各环节分别对环境的影响，为棉花的可持续生产与利用提供了重要思路和线索，为未来棉花产业可持续生产与利用的指明发展方向，对于解决棉花产业面临的环境挑战及可持续性发展问题具有重要意义。
相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s43017-023-00476-z
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