用乳制品废水替代矿物肥料，可以减少种植饲用青玉米的沙质土壤中氨（NH3）的流失

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Dairy effluent replacing mineral fertilizers mitigates NH 3 loss from sandy soil cultivated with forage green maize

氨挥发减排策略研究：砂质土壤中发酵乳品废液替代无机肥的效应及尿素酶抑制剂应用

　　本研究探讨了在沙质土壤中应用乳品废水作为液态肥料对氨（NH?）挥发的影响，以及结合尿酶抑制剂氢醌（HQ）对减少氨损失的有效性。研究地点位于中国辽宁省朝阳县的一家乳品农场附近，实验持续两年，分别覆盖2021年和2022年的玉米生长季节。实验采用四种处理方式：不施肥（对照组）、基于尿素的NPK肥料（NPK）、发酵乳品废水作为液态肥料（LF）以及乳品废水与尿酶抑制剂氢醌结合的处理（LFHQ）。研究结果表明，在沙质土壤中，应用乳品废水相比传统矿物肥料能够显著降低氨损失，特别是在结合氢醌的情况下，其效果更为明显。这为减少农业领域氨排放提供了重要的实践指导。

氨是一种具有碱性的气体，能够与大气中的氮氧化物和硫氧化物反应，形成直径小于2.5微米的气溶胶颗粒。这些颗粒不仅会降低空气的能见度，还会导致土壤酸化，加剧水体富营养化，并可能干扰人体的氧气运输。根据相关研究，农业系统贡献了80%-95%的全球大气氨排放，其中乳品养殖业是主要来源之一。随着全球人口预计在2050年达到97亿，粮食产量需要增加25%-70%以满足需求。这一趋势促使了氮肥使用量的大幅增长，然而，过量的氮肥使用会导致严重的氮损失，其中氨挥发占到了64%。因此，寻找有效的氨损失控制措施对于农业可持续发展至关重要。

乳品废水作为液态肥料，能够为作物提供必要的养分和水分。然而，其高氮含量和碱性特征增加了氨挥发的风险。已有研究表明，乳品废水中的固体含量和铵氮（NH??-N）浓度是影响氨损失的关键因素。例如，当固体含量从低于2%增加到约15%时，应用后的氨损失增加了4-10倍。此外，随着NH??-N浓度的升高，氨损失呈现出指数增长的趋势。相比之下，黏土土壤由于其较高的阳离子交换容量（CEC），能够更有效地吸附铵氮，从而减少氨的损失。而温度升高则会促进土壤中铵氮向大气的挥发，尤其是在温度上升10°C的情况下，氨排放量会增加3%。这些因素表明，氨损失受多种环境条件的影响，因此需要系统地评估这些条件如何影响氨排放，并比较乳品废水与矿物肥料在相同应用条件下的排放差异。

为了探索如何有效减少氨损失，研究者们提出了多种策略，包括酸化、深施肥料、覆盖材料以及结合肥料和氮转化抑制剂的综合应用。其中，尿酶抑制剂因其能够有效抑制尿素酶活性并延缓尿素水解，被广泛认为是减少氨损失的有效手段。然而，尿酶抑制剂的效果在不同土壤类型和氮肥施用量下存在差异。例如，在黏土含量较高的土壤中，尿酶抑制剂在水孔隙度（WFPS）低于60%的情况下可减少40.7%的氨损失，但在高于60%的水孔隙度条件下，其效果仅为13.2%。这表明尿酶抑制剂的使用效果与土壤特性密切相关。此外，一些研究发现，在某些土壤条件下，尿酶抑制剂的使用反而会导致氨损失增加，这进一步强调了在不同土壤类型下评估其效果的必要性。

全球范围内，沙质土壤占据了约49.9亿公顷的土地面积，其中约2亿公顷用于农作物种植。沙质土壤通常分布于干旱和半干旱地区，如中国内蒙古东部地区。这类土壤由于有机质含量较低和较高的蒸发蒸腾作用，需要更高的氮肥和灌溉量来维持作物生长。因此，使用乳品废水替代矿物肥料不仅有助于减少废水处理成本，还能节约灌溉用水，并提升土壤肥力。然而，目前针对沙质土壤中乳品废水应用后氨损失情况的研究仍较为有限，缺乏系统的评估和有效的控制措施。

本研究选择在沙质土壤中进行实验，旨在评估乳品废水对氨排放的影响，并探索氢醌作为尿酶抑制剂在减少氨损失方面的有效性。研究假设，由于乳品废水中有机氮含量较高，其应用可能会减少氨排放。同时，结合氢醌使用后，氨损失的减少效果会更加显著。实验结果表明，在沙质土壤中，使用乳品废水的处理方式（LF）在2021年和2022年的玉米生长季节分别减少了54.96%和49.86%的氨损失。而结合氢醌的处理方式（LFHQ）则在两个季节中分别减少了65.73%和57.07%的氨损失，且这些差异在统计学上具有显著性（p<0.01）。这表明，在沙质土壤中，乳品废水的应用能够有效减少氨损失，而氢醌的加入进一步增强了这一效果。

进一步的元分析显示，土壤中的沙质含量和乳品废水中铵氮的浓度是影响氨损失差异的关键因素。当沙质含量超过55%且乳品废水中的铵氮浓度低于50克/千克时，乳品废水的氨损失低于矿物肥料。这为乳品废水在农业中的应用提供了重要的指导，即在沙质土壤中，乳品废水的使用可以有效减少氨排放，而在低沙质含量的土壤中，控制乳品废水中的铵氮浓度是关键。此外，研究还指出，乳品废水的高氮含量和碱性特征可能导致其在某些条件下增加氨挥发的风险，因此在实际应用中需要根据土壤类型和环境条件进行优化。

研究结果不仅有助于理解乳品废水在沙质土壤中的应用效果，也为农业实践提供了科学依据。在面对日益增长的农业需求和环境压力时，寻找替代传统矿物肥料的环保方案显得尤为重要。乳品废水作为一种有机肥料，能够提供丰富的养分和水分，同时减少灌溉用水和废水处理成本。然而，其对氨排放的影响仍需进一步研究。本研究通过两年的田间实验，系统地评估了乳品废水和氢醌的组合使用对氨损失的控制效果，为未来在不同土壤条件下推广乳品废水的应用提供了理论支持和实践建议。

在实际应用中，乳品废水的使用应考虑土壤的物理和化学特性。对于沙质含量较高的土壤，乳品废水的氨损失通常较低，这可能与其较高的孔隙度和较低的阳离子交换容量有关。而黏土含量较高的土壤则需要更严格的管理措施，以控制乳品废水中的铵氮浓度。此外，环境条件如温度和降水也会影响氨损失，因此在应用乳品废水时，应结合当地的气候特征进行调整。例如，在温度较高的季节，乳品废水的应用可能需要更频繁的监测和调控，以防止氨损失的增加。

研究还发现，氢醌作为一种尿酶抑制剂，在减少氨损失方面表现出显著的效果。这表明，结合尿酶抑制剂的乳品废水应用策略可能是一种有效的氨损失控制手段。然而，尿酶抑制剂的效果在不同土壤类型和氮肥施用量下存在差异，因此在推广这一策略时，需要根据具体情况进行评估和优化。例如，在黏土含量较高的土壤中，氢醌的使用效果可能不如在沙质土壤中显著，因此需要探索其他有效的抑制剂或管理措施。

总体而言，本研究为乳品废水在农业中的应用提供了重要的科学依据，特别是在沙质土壤中。通过减少氨损失，乳品废水的应用不仅有助于提高作物产量，还能降低对环境的负面影响。然而，为了确保其应用效果，还需要进一步研究和优化相关管理措施，以适应不同的土壤和气候条件。此外，未来的研究应关注乳品废水在不同作物类型和生长阶段中的应用效果，以及其对土壤微生物群落和养分循环的长期影响，从而为可持续农业发展提供更全面的解决方案。