在集约管理的耕地中，食虫蝙蝠的害虫控制服务受益于周边接近自然状态的区域

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：Pest suppression services of insectivorous bats in intensively managed arable land benefit from adjacent near-natural areas

长期应用生物基肥料（堆肥、污泥、牛粪、尿液）及矿物肥料（NPK）对丹麦CRUCIAL试验场土壤健康的影响研究表明，有机肥料显著提升土壤有机碳（SOC）、孔隙度及微生物活性，其中堆肥效果最佳；尿液氮肥效率与NPK相当，但钠吸附比（SAR）较高，未超过临界值。矿物肥料维持产量但缺乏土壤健康综合效益。

　　在当今农业可持续发展的背景下，土壤健康已成为全球粮食安全和生态系统服务的关键因素之一。土壤不仅支持作物生长，还承担着水资源供应、生物多样性保护、侵蚀控制和气候调节等多重功能。然而，随着农业集约化的发展，土壤面临着诸如有机质流失、养分失衡、侵蚀和压实等退化问题。为应对这些挑战，研究者们正在寻找可持续的替代方案，其中生物基肥料（BBFs）因其在提升土壤健康和作物生产力方面的潜力而受到越来越多的关注。这些肥料来源于城市、农业或工业废弃物，种类繁多，包括堆肥、污水污泥、牛粪和人类尿液等。尽管BBFs在土壤健康方面展现出一定的优势，但其长期影响仍需进一步研究，尤其是在不同类型的土壤和气候条件下，它们对土壤物理、化学和生物特性的影响可能各不相同。

本研究旨在通过长期田间试验，评估多种BBFs对土壤健康的影响，特别是其对土壤有机碳（SOC）、阳离子交换容量（CEC）、土壤结构、微生物活动等关键指标的作用。研究采用了丹麦的CRUCIAL实验，该实验自2003年起，旨在探讨城市废弃物循环利用对土壤功能和作物产量的长期影响。通过比较有机肥料（堆肥、污水污泥和牛粪）与无机肥料（NPK）的效果，研究团队希望揭示BBFs在土壤管理中的实际价值，并为农业实践提供科学依据。

### 土壤健康与生物基肥料的潜力

土壤健康不仅涉及土壤的物理特性，如结构、孔隙度和容重，还包括化学特性，如pH值、电导率、SOC和养分含量，以及生物特性，如微生物活性和酶活性。这些特性共同决定了土壤的综合功能，如养分循环、水和碳的储存能力，以及支持作物生长的能力。生物基肥料通过提供有机质和养分，能够改善土壤的物理结构，增加水和养分的保持能力，同时促进微生物活动，从而增强土壤的健康状况。

在本研究中，堆肥和污水污泥被发现对SOC的增加效果尤为显著，其作用远超无机肥料。SOC的增加不仅有助于提升土壤的碳储存能力，还能改善土壤的结构和物理特性，如减少容重、增加孔隙度和水分含量，以及降低粘土分散性。这些变化对土壤的长期健康具有积极意义，表明有机物质的持续输入是改善土壤功能的关键。相比之下，牛粪和人类尿液虽然也对SOC有一定的贡献，但效果不如堆肥和污水污泥显著。此外，人类尿液在提高作物产量方面表现出与NPK肥料相当的效果，这表明其在城市养分循环中的潜在价值。然而，由于其高钠氯化物（NaCl）含量，人类尿液可能会对土壤结构产生一定影响，尽管这些影响在当前研究条件下并未达到临界值。

### 土壤物理、化学与生物特性分析

在物理特性方面，堆肥的添加显著降低了土壤容重，提高了水分含量和孔隙度，同时减少了粘土分散性。这些变化表明堆肥能够改善土壤的结构，使其更有利于作物根系的生长和水分的保持。污水污泥同样表现出类似的改善效果，而牛粪和人类尿液则在物理特性上与无机肥料相近。值得注意的是，人类尿液的钠吸附比（SAR）显著高于无机肥料，这可能意味着其对土壤的盐分平衡有一定影响，但尚未达到临界水平。因此，研究建议在使用人类尿液作为肥料时，应考虑与其他有机物质的结合，以减少其潜在的负面影响。

在化学特性方面，堆肥的添加显著提高了SOC、总氮（N）和钾（K）的含量，以及土壤pH值、CEC和碱饱和度。这些指标的改善进一步支持了堆肥对土壤健康的积极影响。污水污泥则在磷（P）含量方面表现出显著优势，特别是其可直接利用的P含量。相比之下，无机肥料虽然能够维持一定的SOC水平，但其对土壤的综合健康提升效果不如有机肥料。此外，人类尿液的化学特性与NPK肥料相近，这可能与其较高的氮效率有关，尽管其有机质输入有限。

在生物特性方面，堆肥和污水污泥的添加显著提高了土壤的微生物活性和酶活性，这表明这些肥料能够促进土壤生态系统的功能。特别是多基质诱导呼吸（MSIR）和酸性磷酸酶（AP）等指标，均显示堆肥和污水污泥对土壤生物功能的提升效果显著。这些生物活动的增强有助于土壤结构的稳定和养分的循环利用，从而提升土壤的整体健康状况。然而，无机肥料和人类尿液的生物活性相对较低，这可能与其缺乏有机质输入有关。

### 土壤健康评估与多维度分析

为了全面评估土壤健康状况，研究团队采用了一种多维度的土壤健康评估方法，综合考虑了化学、物理和生物指标。结果显示，堆肥和污水污泥在这些指标上均表现出优越的性能，而无机肥料则在作物产量上具有更高的效率。这种多维度的分析方法有助于更准确地理解不同肥料对土壤功能的影响，同时也为农业实践提供了科学依据。

研究还发现，SOC的增加与土壤的物理特性密切相关，例如容重、孔隙度和水分保持能力。SOC的提高不仅有助于改善土壤结构，还能增强其对水分和养分的保持能力，从而提升作物的生长条件。此外，SOC的增加与土壤的生物活性之间存在正反馈关系，即微生物活动的增强有助于进一步改善土壤结构，形成一个良性循环。

### 生物基肥料的挑战与前景

尽管生物基肥料在土壤健康方面展现出诸多优势，但其应用仍面临一些挑战。首先，不同来源的BBFs在成分和质量上存在显著差异，这可能影响其对土壤功能的实际效果。例如，人类尿液虽然能够提供较高的氮含量，但其缺乏有机质输入，可能导致土壤结构的某些负面变化。因此，在使用人类尿液作为肥料时，需要考虑其与其他有机物质的结合，以弥补其在土壤结构方面的不足。

其次，BBFs的长期应用可能会导致某些污染物的积累，如重金属、药物残留和微塑料。这些污染物虽然在某些情况下可能对土壤功能产生不利影响，但研究显示，土壤系统具有较强的自我调节能力，能够有效降解或稳定这些污染物。因此，通过适当的废弃物处理和来源控制，可以最大限度地减少污染物对土壤功能的干扰。

### 研究的局限性与未来方向

本研究的局限性在于其仅在特定的土壤类型和气候条件下进行，即丹麦的砂壤土（sandy loam）和温带海洋性气候。因此，其结果可能无法直接推广到其他土壤类型或气候条件，特别是在粘土含量较高或干旱地区，NaCl的积累可能会对土壤结构产生更显著的影响。此外，研究未完全涵盖所有可能的污染物，因此未来的研究应进一步探索BBFs对土壤功能的长期影响，特别是在不同环境条件下的表现。

总体而言，本研究的结果表明，生物基肥料，特别是堆肥和污水污泥，能够显著改善土壤的物理、化学和生物特性，从而提升土壤健康和作物生产力。然而，为了充分发挥BBFs的潜力，需要结合适当的有机质输入，以平衡其养分供应和土壤结构的改善。此外，随着城市废弃物循环利用的推广，制定更加完善的监测方法和法规框架，以确保BBFs的安全性和有效性，将是未来研究的重要方向。