缓释磷肥与常规磷肥对加拿大东部马铃薯经济效益与环境影响的对比研究

《American Journal of Potato Research》：Economic Assessment of Potato Response to Struvite and Conventional Phosphorus Fertilizer in Eastern Canada

本研究针对传统磷(P)肥利用率低、环境污染严重等问题，在加拿大东部开展为期3年的田间试验，系统评估了鸟粪石(Struvite)缓释磷肥与三重过磷酸钙(TSP)的混合施用对马铃薯产量、边际收益及环境成本的影响。结果表明，25%鸟粪石与75%TSP混合施用（总量180 kg P2O5ha-1）在保证产量与边际收益的同时，可降低环境成本8–24 CAD ha-1year-1，为可持续农业提供了经济可行的磷肥替代方案。

　　

磷是农业生产中不可或缺的营养元素，尤其对马铃薯（Solanum tuberosum L.）这类浅根系作物而言，磷肥的高效利用直接关系到产量和经济效益。然而，传统磷肥的利用率极低，作物仅能吸收施用量10%–30%的磷，剩余部分通过径流或淋溶进入水体，引发富营养化等环境问题。全球磷矿资源有限，而需求持续增长，如何平衡农业生产与环境保护成为亟待解决的难题。缓释磷肥，特别是从废水中回收的鸟粪石（Struvite），因其能缓慢释放养分、减少损失而受到关注，但其经济可行性及在特定作物系统中的适用性仍需深入验证。

为此，M. Khakbazan等研究人员在《American Journal of Potato Research》上发表了一项为期三年（2016–2018）的多地点田间试验研究，系统比较了鸟粪石与常规磷肥对加拿大东部马铃薯生产的综合影响。

研究方法的核心技术路径

研究在加拿大东部四个典型农业区（PEI、NB、NS、QC）布设田间试验，采用随机区组设计，设置不同磷肥处理（0、60、120、180、240 kg P₂O₅ha^-1的TSP，以及180 kg P₂O₅ha^-1下鸟粪石与TSP的混合比例25%、50%、75%）。通过测定马铃薯商品产量、计算边际收益（MR=总收入-运营成本）及环境成本（基于磷流失量与富营养化经济损失模型），结合统计学分析（混合模型、Tukey HSD检验）评估不同处理的农学与经济表现。

研究结果

相对马铃薯产量

磷肥处理对NB和NS站点产量影响不显著，但在PEI和QC站点表现突出。PEI站点中，180 kg P₂O₅ha^-1的TSP及其与25%鸟粪石混合处理分别比对照增产96%和88%，且与240 kg P₂O₅ha^-1处理无显著差异。QC站点中，240 kg P₂O₅ha^-1与180 kg P₂O₅ha^-1+25%鸟粪石处理增产幅度达48%–49%。跨站点分析表明，180 kg P₂O₅ha^-1及其与25%鸟粪石混合处理的增产效果稳定，且与更高量TSP（240 kg ha^-1）相当。

边际收益

PEI和QC站点中，180 kg P₂O₅ha^-1+25%鸟粪石处理的边际收益（3939 CAD ha^-1）与180–240 kg P₂O₅ha^-1的TSP处理无显著差异，且其变异系数（CV=18%）最低，表明收益稳定性更高。NB和NS站点因年际产量波动大，各处理间边际收益差异不显著，但鸟粪石混合处理仍呈现收益提升趋势。跨年度数据显示，180 kg P₂O₅ha^-1+25%鸟粪石在2017–2018年边际收益均优于或等同高量TSP处理。

环境成本

传统TSP的磷流失率为0.142%，而鸟粪石仅为0.0002%。以伊利湖富营养化经济损失模型（144.7 CAD kg^-1P）估算，180 kg P₂O₅ha^-1的TSP环境成本为36.7 CAD ha^-1year^-1，而同等磷量下25%鸟粪石混合处理成本降至28.82 CAD ha^-1year^-1，降幅达22%。高比例鸟粪石（75%）处理环境成本进一步降至13.05 CAD ha^-1year^-1，但因其农学表现较差而未推荐。

结论与意义

本研究首次在加拿大东部马铃薯系统中综合评估了鸟粪石缓释磷肥的经济与环境效益。结果表明，25%鸟粪石与75%TSP混合施用（180 kg P₂O₅ha^-1）可在维持产量与边际收益的同时，显著降低环境风险。这一方案为浅根系作物磷肥管理提供了新思路，既缓解了磷资源短缺压力，又通过减少磷流失助力水体保护。未来研究需关注鸟粪石在不同土壤-气候条件下的长期效应，并探索政策补贴对其推广的促进作用。