中国高投入甘蔗生产系统中可持续氮管理的环境权衡与生产力提升研究

推荐：针对中国甘蔗生产高氮肥投入导致的活性氮(Nr)流失和生产力提升瓶颈问题，研究人员通过田间试验比较了常规尿素(OPT)、包膜尿素(OPT-CU)、硝化抑制剂尿素(OPT-NI)和有机氮替代(OPT-ON)等策略对甘蔗产量及Nr流失途径（氨挥发、N2O排放和氮淋溶）的影响。研究发现OPT-ON可同步减少42.7%氨挥发和32.5% N2O排放，且产量与OPT相当，为高投入甘蔗系统的可持续氮管理提供了优化方案。

　　

在全球糖业格局中，甘蔗作为占80%糖供应的战略作物，其生产可持续性备受关注。中国作为第四大甘蔗生产国，却面临单产停滞（79.8 t ha^-1，较全球前十国家低27.2 t ha^-1）与氮肥滥用（>500 kg ha^-1，全球最高）的双重困境。高氮投入导致40%的氮通过淋溶流失，70%的施肥氮最终以活性氮(Nr)形式污染环境，加剧土壤酸化与温室效应。这一矛盾在集约化种植的广西地区尤为突出——该区域贡献全国60%甘蔗产量，却因亚热带季风气候下的高降水（年均1300 mm）加速了氮流失。如何在高产与环保间取得平衡？中国农业大学与广西大学的研究团队通过两年田间试验，首次系统评估了不同氮管理策略在中国高氮甘蔗系统中的综合效应，成果发表于《Industrial Crops and Products》。

研究采用单因素随机区组设计，设置5处理：对照(CK)、常规尿素(OPT, 300 kg N ha^-1)、包膜尿素替代(OPT-CU)、硝化抑制剂(DMPP)尿素(OPT-NI)和有机氮替代(OPT-ON，30%有机肥)。通过静态箱法测N₂O、通气法测氨挥发、渗漏仪法测淋溶，结合植株氮吸收与产量分析，全面量化了氮循环效率。

3.1 甘蔗产量
OPT-CU处理在植株和宿根季分别增产2.5%-9.5%和9.09%-11.1%，但差异不显著；OPT-ON产量与OPT持平，表明有机替代可维持高产。值得注意的是，宿根季OPT-CU和OPT-ON的绝对产量分别达110 t ha^-1和108 t ha^-1，接近全球高产国水平。

3.3 氮淋溶
所有施氮处理淋溶量显著高于CK（p<0.05），年均损失达107-199 kg N ha^-1，宿根季淋溶因子(40.5%)显著高于植株季(24.3%)。OPT-CU反而增加淋溶29.5%，揭示包膜尿素在亚热带多雨条件下的局限性。

3.4 氨挥发
OPT-NI的氨挥发较OPT激增52%-99.6%，而OPT-ON降低42.7%，排放因子仅1.93%-4.69%。这归因于有机肥减缓了NH₄⁺转化速率，而DMPP通过抑制硝化使更多NH₄⁺留存土壤。

3.5 N₂O排放
OPT-NI减排效果最显著（53%），OPT-CU和OPT-ON分别减排44.4%和32.5%。但N₂O总排放仅占Nr损失的1.1%，凸显中国甘蔗系统以淋溶为主导的氮流失特征。

4.4 研究局限性
仅宿根季监测N₂O可能低估年际变异，但淋溶占Nr损失80%的结论不受影响。

5. 结论与意义
该研究首次揭示：在中国高氮甘蔗系统中，30%有机氮替代可同步实现氨挥发(42.7%)和N₂O(32.5%)减排，且不牺牲产量；而包膜尿素虽增产但加剧淋溶，硝化抑制剂则导致氨挥发反弹。这一发现为破解中国甘蔗"高氮-高流失-低效"困局提供了关键技术路径：通过糖厂滤泥等废弃物的循环利用，既能减少30%合成氮投入，又可降低环境风险。研究结果对全球甘蔗主产区（如巴西、印度）的氮管理优化具有借鉴价值，尤其为发展中国家平衡粮食安全与碳中和目标提供了实证案例。未来研究需关注有机-无机配比优化及区域适应性验证，以推动该策略在更广尺度落地。