可持续农业新突破：消化液碱提生物产物根施与叶面施用对茄子产量与品质的差异化调控

《iScience》：Sustainable eggplant cultivation: Distinct effects of foliar and root applications of alkaline-extracted bioproducts from digestate

本研究针对化学肥料过度使用导致的环境污染和资源浪费问题，探讨了从餐厨垃圾厌氧消化液中提取的生物产物（BPs）作为生物刺激剂在茄子栽培中的应用。通过对比根施（150 kg/ha）与叶面喷施（50 mg/L）两种方式，并设置减量40%矿物肥料（MF）的处理，发现根施BPs结合60%MF可维持茄子产量与果实品质，同时降低果实褐变度（DB）和色差（CD）。该研究为循环农业提供了环保策略，证实BPs可替代部分化肥，减少对矿物肥料的依赖，推动可持续农业发展。

　　

随着全球人口增长和农业集约化发展，化学肥料的过度使用已成为威胁生态环境的突出问题。矿物肥料在提高作物产量的同时，也导致土壤养分积累、地下水富营养化以及温室气体排放等一系列负面效应。尤其在欧洲等依赖化肥进口的地区，减少化肥用量并开发本地化环保型农业投入品迫在眉睫。在此背景下，利用生物废弃物资源开发高效生物刺激剂，成为推动农业向循环经济转型的关键路径。

本研究以茄子（Solanum melongena esculentum）为模式作物，探讨了从城市餐厨垃圾厌氧消化液中通过碱提法制备的生物产物（BPs）的农业应用潜力。通过温室试验，团队比较了BPs的根施与叶面喷施效果，并创新性地将矿物肥料用量减少40%，以评估BPs在维持产量和改善果实品质方面的协同作用。

研究主要采用以下关键技术方法：

1. 1.
   生物产物制备：以餐厨垃圾厌氧消化液为原料，通过碱性水解、离心及超滤获得分子量5–750 kDa的水溶性BPs。
2. 2.
   田间试验设计：设置对照（100%MF）、根施BPs（150 kg/ha）配合100%MF或60%MF、叶面喷施BPs（50 mg/L）共4个处理，每个处理3次重复。
3. 3.
   生理指标监测：利用Canopeo软件分析冠层覆盖度，便携式氮测定仪评估叶片氮含量，并测定植株形态指标。
4. 4.
   生化分析：通过分光光度法测定叶片色素含量、蛋白质浓度及氮代谢关键酶（硝酸还原酶NR、谷氨酰胺合成酶GS、谷氨酸合酶GOGAT）活性。
5. 5.
   果实品质评估：采用色差仪量化果实褐变度（DB）和色差（CD），并测定果实硬度、干物质及灰分含量。
6. 6.
   土壤微生物活性检测：通过荧光素二乙酸酯（FDA）水解实验评估土壤酶活性。

形态与生物计量参数

根施BPs（100%MF）在生长早期（14–39 DAT）显著提升冠层覆盖度，增幅达26–28%，但叶面喷施处理因首次施用在40 DAT后，早期数据无法比较。至试验末期，除叶面喷施组叶片鲜重增加20%外，其余形态参数（株高、活力指数等）无显著差异。

产量与果实品质

根施BPs（100%MF）处理的市场化果实产量与对照无差异，但非市场化果实比例降低至7.8%（对照为13.2%），单株果实数量增加26%。值得注意的是，根施BPs结合60%MF的产量与对照持平，且果实褐变度（DB）和色差（CD）分别降低31%和30%，表明减肥同时提升果实保鲜品质。相反，叶面喷施导致果实产量下降约40%，可能与营养向茎叶分配增多有关。

叶片色素与氮代谢

叶面喷施显著提升叶片叶绿素a（Ch-a）、叶绿素b（Ch-b）和类胡萝卜素含量（增幅20–24%），而根施处理无此效应。在氮代谢方面，根施BPs（100%MF）使NR、GS和GOGAT活性分别提高57%、51%和62%，60%MF处理仅GOGAT活性上升40%，说明BPs通过激活氮同化途径增强养分利用效率。

土壤微生物活性

各处理组土壤FDA水解活性无显著差异，表明BPs未抑制土著微生物群落，对土壤生态安全无害。

本研究表明，BPs作为生物刺激剂可通过调节氮代谢和养分分配影响茄子生长。根施BPs在减少40%矿物肥料用量下仍能维持产量，并显著改善果实抗褐变特性，契合消费者对高品质农产品的需求。从经济性角度，BPs施用使化肥成本降低25%，为农民提供切实收益。该成果为废弃物资源化与农业绿色转型提供了实证支持，推动“以废治废”的循环农业模式发展。未来需开展长期田间试验，评估BPs对土壤健康及多作物体系的普适性。

（论文发表于《iScience》，作者Erika Salvagno、Ferdinando Fragala等来自意大利卡塔尼亚大学，通讯作者Andrea Baglieri）