《European Journal of Agronomy》：Innovative integrated management achieves high productivity and profitability of sugarcane in China with low environmental costs
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本研究针对中国甘蔗生产高投入、高排放、低效率的瓶颈问题，通过集成优化养分管理、控释尿素、有机肥替代和秸秆还田等关键技术，构建了甘蔗绿色生产模式（IKPS）。结果表明，该模式在减少化肥投入47%的同时，实现增产4.6-5.8%，显著提升养分利用率，降低活性氮损失57.7-68.7%和温室气体排放40.7-43.8%，其中IKPS2处理更实现系统碳汇（-151.9 kg CO2-eq ha-1）。该研究为热带亚热带地区农业绿色转型提供了技术支撑和实践范式。
在中国南方的红壤丘陵区，连绵的蔗田构成了一道独特的农业景观。作为世界第三大甘蔗生产国，中国的糖料安全在很大程度上依赖于这片绿色"糖罐"。然而，在这片繁荣背后，隐藏着令人担忧的现状：农民习惯施肥模式（FP）下，氮磷钾投入量分别高达506、213和256 kg ha-1，远超作物实际需求，导致养分利用率低下、环境排放加剧。更严峻的是，过量化肥投入并未带来产量提升，反而造成活性氮（Nr）损失达224 kg N ha-1，温室气体排放高达6940 kg CO2-eq ha-1，同时加速了土壤退化进程。
面对这一困境，西南大学资源环境学院农业绿色开发长江流域跨学科研究中心的科研团队在《European Journal of Agronomy》上发表了创新性研究成果。研究团队在广西南宁和崇左两个代表性蔗区开展为期两年的田间试验，系统比较了不施肥（CK）、农民习惯（FP）、优化施肥（OPT）以及两种集成知识产品策略（IKPS1和IKPS2）的效应。IKPS1在优化施肥基础上集成控释尿素，IKPS2进一步用有机肥替代30%化学氮肥，探索甘蔗生产"高产、高效、低碳"的协同路径。
主要技术方法
研究采用田间试验与生命周期评估（LCA）相结合的方法，在广西两个试验点（南宁隆安和崇左扶绥）设置5个处理，测定甘蔗产量、品质、养分吸收、土壤性质等指标。通过动态监测土壤无机氮、计算养分平衡和温室气体排放，评估不同管理的环境效应。采用熵权TOPSIS法进行综合评价，并核算净生态系统经济效益（NEEB），全面评估技术模式的可持续性。
研究结果
甘蔗产量与养分效率协同提升
IKPS策略展现出显著的增产效果。与FP处理相比，IKPS1和IKPS2分别增产4.6%和5.8%，最高产量达109.3 t ha-1。值得注意的是，这一增产是在化肥投入减少47%的前提下实现的，凸显了养分精准管理的巨大潜力。
养分利用效率的提升更为显著。IKPS1和IKPS2处理的氮、磷、钾偏生产力分别提高81.2-82.0%、148.1-255.8%和76.4-101.6%。研究人员发现，优化施肥不仅改善了大量元素供应，还促进了中微量元素吸收，钙、镁、硅、硼的吸收量增加3.1-46.1%，为甘蔗健壮生长和糖分积累奠定了营养基础。
土壤健康与碳汇功能增强
在土壤改良方面，IKPS2表现出独特优势。连续两年有机肥配合秸秆还田，使土壤有机碳（SOC）含量显著提升1.26-1.44 g kg-1，碳储量年增长量达1347.3-1560.2 kg C ha-1。相比之下，单施化肥的FP处理仅增加0.54-0.77 g kg-1。
研究还发现，IKPS2有效缓解了土壤酸化，pH降幅仅为0.16个单位，而FP处理达0.32个单位。这种土壤改良效应源于有机投入带来的多重效益：提高土壤缓冲性能、促进团粒结构形成、增强微生物活性，从而构建了健康的土壤微生态系统。
环境足迹显著降低
在环境效益方面，IKPS模式表现突出。IKPS1和IKPS2的活性氮损失较FP减少57.7-68.7%，其中硝酸盐淋失从152.2 kg N ha-1降至61.06 kg N ha-1。温室气体排放减少40.7-43.8%，碳足迹从FP的1.78 kg N t-1降至0.56 kg N t-1。
最具突破性的是IKPS2实现了系统碳汇功能，净温室气体排放为-151.9 kg CO2-eq ha-1。这一成果主要归功于土壤碳固存的显著增强，表明甘蔗田可从碳源转变为碳汇，为农业碳中和提供了重要路径。
经济效益与生态系统服务价值双赢
经济分析显示，IKPS1在净收益（NEB）方面表现最佳，较FP提高50.3%。虽然IKPS2因有机肥成本较高，收益略低于IKPS1，但其净生态系统经济效益（NEEB）因环境损害成本的大幅降低而显著提升。综合评价指数（CEI）进一步证实，IKPS2以0.81的得分显著优于其他处理，实现了经济收益与环境效益的最佳平衡。
研究结论与展望
该研究证实，集成知识产品策略（IKPS）通过优化养分管理、结合控释尿素和有机投入，能够实现甘蔗生产"增产、增效、减排、固碳"的多目标协同。IKPS1在经济效益方面优势明显，适合现阶段推广；IKPS2在碳汇功能方面表现突出，是未来碳中和农业的重要方向。
研究人员建议采取分步推进策略：近期优先推广成本效益较高的IKPS1，逐步向碳中和的IKPS2过渡。这一技术模式不仅适用于甘蔗，也为其他热带亚热带作物绿色生产提供了重要借鉴。随着中国农业绿色转型的深入推进，这种基于自然解决方案的低碳生产模式，将在保障粮食安全、应对气候变化中发挥越来越重要的作用。
需要注意的是，本研究基于两年试验结果，长期效应仍需持续监测。未来研究应结合优良品种、合理密植等农艺措施，进一步挖掘产量潜力，同时探索全程机械化下的碳足迹变化，为甘蔗产业可持续发展提供更完善的技术支撑。
