生物消化液、禽类粪便与NPK肥料协同提升土壤肥力及作物产量的综合研究

《Cleaner and Circular Bioeconomy》：Enhancing soil fertility and crop yield through biodigestate, poultry manure, and NPK integration

为应对尼日利亚黄秋葵和黄瓜因土壤贫瘠导致的低产问题，研究人员开展了BD（生物消化液）、PM（禽类粪便）和NPK肥料单施及联用对土壤化学性质、作物生长指标和矿物质含量的影响研究。结果表明，BD+PM组合在维持产量（黄瓜1.42 kg、黄秋葵0.12 kg）与NPK+PM（1.49 kg、0.12 kg）相当的同时，显著提升了果实钾、钙、铁、锌、铜等矿物质含量，为有机-有机养分管理策略替代传统化肥提供了新依据。

　　

在尼日利亚的农田里，黄秋葵（Abelmoschus esculentus）和黄瓜（Cucumis sativus）是餐桌上常见的食材，但它们却长期面临"营养不良"的困境。统计数据显示，尼日利亚黄瓜平均产量仅为581.59公斤/公顷，远低于全球15-22吨/公顷的水平；黄秋葵产量更是从2010年的27,275公斤/公顷骤降至2011年的8,735公斤/公顷。这背后的罪魁祸首是占尼日利亚农业主导地位的淋溶土（Alfisols），这类土壤有机质含量低、养分易流失，加上农民难以获得土壤检测服务而盲目施肥，导致作物产量持续低迷。

面对这一挑战，博文大学的研究团队将目光投向了两种有机改良剂——生物消化液（Biodigestate, BD）和禽类粪便（Poultry Manure, PM）。BD作为有机废弃物厌氧消化的副产品，含有易于植物吸收的矿化养分；PM则以其丰富的养分含量和改善土壤结构的能力著称。然而，以往研究多关注BD与化肥配施，对BD与PM这两种有机源组合的协同效应知之甚少。

研究人员在网室中设计了一个精心控制的实验，同时种植黄秋葵和黄瓜，设置了7个处理：BD、PM、NPK 15-15-15化肥、BD+PM、BD+NPK、NPK+PM以及不施肥的对照。所有处理均按120公斤氮/公顷的等氮量施用，确保公平比较。通过完全随机设计（CRD）和三次重复，团队系统评估了这些处理对土壤化学性质、作物生长、产量及果实矿物质含量的影响。

关键技术方法包括：采用完全随机设计（CRD）进行实验布局，通过等氮量（120 kg N ha^-1）换算各改良剂用量确保可比性；使用Walkley-Black法测定土壤有机碳，微凯氏法测定全氮，Bray 1提取-分光光度法测定有效磷，1N醋酸铵提取-原子吸收光谱法测定交换性阳离子；通过形态指标测量和果实矿物质分析（AOAC标准消化-AAS法）评估作物响应。

土壤化学性质

结果表明，所有改良剂处理均显著改善土壤化学性质。单独施用时，PM在提升土壤pH、有机质（OM）和氮（N）含量方面表现最佳，而NPK在提高磷（P）和钾（K）含量上领先。在组合处理中，BD+PM对土壤性质改善效果突出，其有机质含量（2.69-2.73%）仅次于单施PM，且与NPK+PM处理在提升土壤氮含量上无显著差异。

作物生长参数

在作物生长方面，PM单独施用再次展现优势，显著增加了黄秋葵的株高（22.3厘米）、茎粗（2.7厘米）和黄瓜的蔓长（41.6厘米）、蔓粗（2.7厘米）。组合处理中，BD+PM和NPK+PM对生长的促进效果最佳，且两者间无统计学差异，但均优于BD+NPK组合。

产量表现

产量数据揭示，PM单施使黄瓜和黄秋葵果实重量较对照分别增加240.0%和150.0%，BD单施分别增加196.7%和103.3%，NPK单施分别增加100.0%和50.0%。值得注意的是，BD+PM组合的产量（黄瓜1.42公斤、黄秋葵0.12公斤）与NPK+PM组合（1.49公斤、0.12公斤）相当，但前者在果实矿物质富集方面更具优势。

矿物质含量

BD+PM处理显著提升了黄秋葵和黄瓜果实中钾（K）、钙（Ca）、铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）的含量，其效果优于其他组合处理。这表明有机-有机配施在改善作物营养品质方面潜力巨大。

研究结论强调，BD+PM组合不仅能达到与传统NPK+PM组合相当的产量水平，还能显著提升果实的营养价值，为减少化肥依赖、实现可持续农业提供了有力支持。这种基于有机废弃物的养分管理策略，契合循环生物经济（Circular Bioeconomy）理念，有助于降低农业生产的环境足迹。未来研究可进一步探索这些改良剂对果实采后品质（如风味、保质期）的影响，以全面评估其应用价值。该成果为热带地区蔬菜生产的绿色转型提供了重要科学依据，对推动全球可持续农业发展具有积极意义。