Sep 2024, Volume 11 Issue 3
· 第四篇 ·
▎论文ID
Cite this article :
Linsheng YANG, Xiaozhong WANG, Wushuai ZHANG, Prakash LAKSHMANAN, Yan DENG, Xiaojun SHI, Xinping CHEN, Fusuo ZHANG. Greenhouse gas emissions mitigation and economic viability of sugar crops in China. Front. Agr. Sci. Eng., 2024, 11(3): 397‒408 https://doi.org/10.15302/J-FASE-2023529
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应对气候变化是全球社会面临的一项重大挑战。目前，包括中国在内的众多国家正致力于在未来几十年内实现碳中和目标。中国作为世界第三大甘蔗和食糖生产国，同时也是全球甘蔗和甜菜生产中碳足迹较高的国家之一。本研究从可持续制糖的视角出发，全面分析了中国甘蔗和甜菜作物的温室气体减排潜力、经济效益及产量表现。长期趋势分析显示，尽管甘蔗和甜菜的产量及温室气体排放量有所增加，但收入与投入比率却呈现下降趋势。结构方程模型分析揭示，氮肥使用和劳动力投入是影响这两种作物温室气体排放的主要因素，其中氮肥对甘蔗和甜菜温室气体排放的路径系数分别为0.771和0.589，劳动力的相应系数分别为–0.964和–0.835。通过优化种植系统，包括改进劳动力配置、氮肥管理和机械化应用，预计到2030年，甘蔗和甜菜生产的温室气体排放量和年总成本将比“一切照旧”(business-as-usual, BAU) 情景下分别降低32%和24%。此项研究为中国首次对甘蔗和甜菜种植的环境与经济可持续性进行了综合评估，其结果将助力相关产业利益攸关方推动甘蔗和甜菜作物向环境友好和经济高效的方向转型。
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农业的可持续集约化是一个宏伟目标，对于确保粮食安全、缓解气候变化以及提升社会经济效益至关重要。过去几十年，农业集约化虽显著提升了作物产量，却也带来了显著的环境问题。农业活动对环境影响尤为严重的是温室气体的大量排放，这是全球变暖和极端气候事件的主要因素。问题更趋复杂化的是，农业产量的增长主要是由于耕地面积的快速扩张，而非生产率的提升。即便农业生产实现了显著增长，付出了巨大的环境代价，但全球许多地区仍然面临严重的饥饿和贫困问题，且这些问题还在不断加剧。此外，全球主要作物产区产量增速放缓和气候变化的双重影响，使得实现粮食安全、减少温室气体排放和缓解贫困的目标变得更加艰巨。当前，经济效益和碳足迹分析越来越多地被用于评估农业系统的可持续性。然而，关于甘蔗和甜菜种植的碳足迹报告相对有限，特别是在不同农业气候和生态区域的碳足迹信息尤为缺乏。因此，本研究对中国1980至2018年间七个主要甘蔗和甜菜种植省份的种植方式、作物生产面积、产量、农资投入、碳足迹以及经济参数进行了全面的历史趋势分析。通过结构方程模型，我们分析了这些参数在实际作物生产情景下的关系，旨在：(1) 揭示趋势，识别影响作物生产力的关键因素；(2) 评估作物生产对环境和经济效益的影响；(3) 探索并提出实用的策略和模式，以可持续地提升这两种全球重要作物的产量和经济效益，同时减少温室气体排放。
平衡施肥、碳足迹与作物产量：中国的甘蔗和甜菜生产在过去四十年中产量和温室气体排放量均有所增加，但收益与投入比率却下降。这在一定程度上是由于生产实践中长期过度使用氮肥导致的。尽管氮肥的过量使用提高了作物产量，但也带来了土壤酸化、水污染和大量温室气体排放等环境问题。因此，减少氮肥使用、提高氮肥利用效率是实现环境和经济效益双赢的关键。
机械化的障碍：中国甘蔗和甜菜生产高度依赖人工，机械化水平低，这导致了生产成本高昂且效率低下。随着农业劳动力的减少，提高机械化水平成为实现可持续生产的必由之路。通过推广适宜的机械化技术和设备，可以降低劳动成本，提高生产效率和作物产量。
环境与经济可持续性：中国甘蔗和甜菜生产的环境和经济效益受到多种因素的制约，包括小规模农场、土地租赁成本上升、土壤肥力下降等。为了改善这一状况，需要采取一系列技术、经济和政策措施，包括扩大农场规模、提高机械化水平、改善土壤健康和肥力、选育高产品种以及推广最佳管理实践。
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编辑 | 唐静月 李云舟
审稿 | 许建香
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