技术改进和循环农业对甘蔗生产环境可持续性的影响研究

本文针对甘蔗生产中露天焚烧、农药滥用等导致 PM2.5排放、淡水生态毒性等环境问题，开展技术改进与循环农业实践的环境影响评估，发现绿蔗收获和废弃物管理可大幅降污并带来经济收益，为可持续生产提供依据。

　　

甘蔗是全球重要的经济作物和生物能源原料，在泰国农业和出口经济中占据关键地位。然而，传统甘蔗生产模式面临多重环境挑战：露天焚烧蔗渣导致 PM_2.5等污染物大量排放，威胁人体健康；农药（如莠灭净）和化肥的过度使用引发淡水生态毒性、富营养化等问题。此外，泰国甘蔗种植区域差异显著，传统全球统一的生命周期评估（LCA）方法难以准确反映区域环境影响差异，导致政策制定缺乏针对性。如何在保障产量的同时，通过技术革新和循环模式降低环境成本，成为泰国甘蔗产业可持续发展的迫切需求。

为解决上述问题，泰国研究人员开展了 “技术改进和循环农业对甘蔗生产环境可持续性的影响” 研究。该研究通过空间差异化的生命周期影响评估（LCIA）模型，结合泰国 47 个省份的生产数据，系统分析了当前生产模式（BAU 情景）的环境负担，并设计 13 种替代情景（涵盖收获方式、废弃物管理、施肥技术等），量化不同措施的环境效益与经济效益。研究成果发表在《Cleaner Environmental Systems》，为热带农业区的可持续生产提供了重要参考。

研究主要采用以下技术方法：

1. 生命周期评估（LCA）：基于 ISO 14040/14044 标准，构建 “从摇篮到农场大门” 的系统边界，涵盖种植、施肥、收获、废弃物处理等环节的直接与间接排放。
2. 空间差异化建模：开发泰国专属的 LCIA 方法（ThaiSD），针对 PM_2.5形成、人体毒性等类别采用省级分辨率的特征因子（CFs），区分区域气候、人口密度等差异。
3. 情景分析：设计包括绿蔗收获（GC）、机械化作业、废弃物肥料化（F）/ 饲料化（AF）/ 发电（EG）等 13 种替代情景，对比 BAU 情景的环境影响与经济收益。
4. 货币化估值：采用预算约束法，将人体健康影响（DALY）和生态损害（PDF?m²?year）转化为泰铢（THB），直观呈现环境成本。

3.1 现状评估：BAU 情景的环境负担

BAU 情景下，泰国甘蔗生产的年环境影响为 3.21×10⁵ DALY（人体健康）和 8.91×10⁹ PDF·m²?year（生态系统）。其中，PM_2.5排放是人体健康损害的主要来源（占 97%），主要由 32.7% 的露天焚烧蔗渣导致；淡水生态毒性占生态损害的 47%，源于农药莠灭净的施用。环境成本高达 2060 亿泰铢，是甘蔗产值（951 亿泰铢）的 2.16 倍，凸显传统模式的不可持续性。

3.2 空间差异：省级尺度的影响特征

省级分析显示，乌隆他尼府因产量最高（占全国 7.5%），环境影响贡献最大（7.51%）。而按单位产量计算，普莱府因 PM_2.5特征因子（CF）比全国平均高 108%，单位健康影响达 1.03×10^-2 DALY / 吨，揭示气象条件和人口密度对区域影响的关键作用。

3.3 替代情景：技术与循环模式的效益

• 绿蔗收获（GC）情景：全手动（S1）、半机械化（S3）、全机械化（S5）绿蔗收获可减少 98.8%-99.5% 的人体健康影响和 83.6%-92% 的生态损害，其中 S3 的经济收益达 2029 亿泰铢。
• 废弃物管理情景：蔗渣肥料化（S6）、饲料化（S7）、发电（S8）分别减少 97.5%-98.4% 的健康影响，S7 的经济收益最高（2799 亿泰铢），废弃物利用效益是甘蔗产值的 1.37 倍。
• 施肥技术情景：采用硝酸钙替代尿素（S9）或综合管理（S10）对环境影响减少不足 4%，表明施肥优化的效益远低于收获和废弃物管理措施。

3.4 敏感性分析与政策启示

对比全球 LCIA 方法（如 IMPACT World+、ReCiPe 2016），泰国专属的 ThaiSD 方法因纳入区域 CFs，PM_2.5影响估值更高，突显空间差异化建模的必要性。研究结果与泰国政府的 “减少露天焚烧”“推广生物能源” 等政策高度契合，例如废弃物发电可助力实现《替代能源发展计划（AEDP）》的可再生能源目标。

结论与意义

本研究通过空间差异化 LCA 和情景模拟，证实绿蔗收获与废弃物循环利用是泰国甘蔗产业减碳降污的核心路径，不仅可实现 95% 以上的环境影响 reduction，还能创造显著经济收益（最高达 2799 亿泰铢）。研究强调，将 PM_2.5相关外部成本内部化，结合区域特征制定政策，是推动农业环境可持续性的关键。未来研究需进一步优化区域数据精度，拓展至全产业链（如生物炼制阶段），为全球热带农业的绿色转型提供更全面的理论支撑。