餐厨垃圾衍生肥料：利用黑水虻虫粪与消化固体协同提升小白菜生长、养分吸收及光合性能的可持续策略

《Scientia Horticulturae》：Food waste-derived fertilizers as sustainable bio-based nutrient sources: Enhancing pak choi growth, nutrient concentrations, and physiological function

为解决餐厨垃圾资源化与农业可持续施肥问题，研究人员开展黑水虻虫粪(BSF frass)与厌氧消化固体(digestate)作为生物基肥料的效能研究。结果表明，消化固体显著促进小白菜生长与光合作用，而虫粪因高Na、K、NH4+导致生理胁迫；两者与矿物氮肥协同施用可替代25%化肥且不减产，为循环生物经济提供关键技术路径。

　　

在全球粮食系统中，约有三分之一的产品在消费环节被损失或废弃，这不仅造成水资源、土地和能源的严重浪费，还会因不当处理导致温室气体排放加剧。如何将餐厨垃圾转化为高价值的农业投入品，已成为实现可持续发展和循环生物经济的关键挑战。厌氧消化(Anaerobic Digestion, AD)和黑水虻(Hermetia illucens, BSF)生物转化是两种新兴的垃圾资源化技术：前者产生富含营养的消化固体(digestate)，后者则生成虫粪(frass)——一种具有潜在农用价值的幼虫排泄物。然而，这两种副产品的农学效能在单独施用时的表现差异显著，其复合应用的潜力及机制尚不明确。

在这一背景下，Md. Nasir Hossain Sani 等人于《Scientia Horticulturae》发表研究，系统评价了餐厨垃圾衍生的固体消化物与黑水虻虫粪作为小白菜(Brassica rapa ssp. chinensis)栽培的可持续营养源的潜力。研究通过温室盆栽实验，结合生理测量、微生物群落分析和元素定量，揭示了两种肥料在植物生长、光合功能及养分吸收方面的差异，并探索了其与矿物肥料配合使用的可行性。

本研究采用多项关键技术方法：首先对消化固体和虫粪进行理化性质表征（包括pH、EC、元素分析及CAT法营养测定），并通过Illumina MiSeq平台进行16S/ITS扩增子测序以分析微生物群落；其次开展种子萌发生物测定（测定发芽率、发芽指数等），评估潜在植物毒性；最后在温室中设计8种施肥处理（包括单一施用、复合施用及与矿物氮肥配比），于不同生长阶段测定叶片气体交换参数（使用LI-6800便携式气体分析系统）、叶绿素荧光（Fv/Fm，采用Handy-PEA荧光计）、叶绿素含量指数（CCI）及植株生物量与养分浓度。

研究结果可从以下几个方面概括：

1. 1.
   微生物群落分析显示，消化固体具有更高的细菌和真菌多样性（ASV数量约1000和650），而虫粪微生物组成较为单一且以放线菌和厚壁菌为主，这可能是其生物刺激活性差异的基础。
2. 2.
   发芽实验表明，消化固体处理的小白菜和水芹发芽指数(GI)均接近或超过100%，而虫粪处理组GI值显著降低（小白菜54.6%，水芹仅4.4%），证实虫粪存在明显的植物毒性。
3. 3.
   植株生长性状显示，单独施用消化固体(T1)的小白菜叶片数、鲜重及叶面积均显著高于对照组和虫粪处理(T2)，而虫粪单独施用则抑制生长，表现最差。
4. 4.
   光合性能方面，消化固体处理的植株净CO₂同化率(A)达18–20 μmol CO₂ m^–2 s^–1，而虫粪处理仅13 μmol CO₂ m^–2 s^–1，且虫粪组的气孔导度(gsw)和叶绿素含量指数(CCI)也显著较低。
5. 5.
   植株养分分析发现，虫粪处理组叶片中钠(Na)和钾(K)浓度异常升高（Na达16.1 g kg^–1），而消化固体则显著提高氮、磷、硫等营养元素在组织中的积累。
6. 6.
   相关性分析表明，高Na、K水平与净同化率、气孔导度及叶绿素含量呈显著负相关，说明离子胁迫是虫粪抑制生长的主要机制。
7. 7.
   复合施肥实验中，25%矿物氮+75%有机肥(T4)处理可实现生物量最大化，表明有机资源可替代25%的矿物氮输入而不影响产量。

研究的结论部分强调，餐厨垃圾消化固体因其均衡的营养释放模式和丰富的微生物群落，可作为高效的有机肥料单独使用；而黑水虻虫粪尽管含有较高量的氮和有机质，但因钠、铵盐含量过高引发离子胁迫和植物毒性，需通过预处理或复合施肥降低风险。将两种有机肥与矿物氮肥以适当比例配伍（如25%替代率），不仅能维持作物生产力，还能减少对合成肥料的依赖，推动农业系统中的养分流循环。该研究为餐厨垃圾的资源化利用提供了实证依据和技术路径，对发展可持续园艺生产与循环生物经济具有重要实践意义。