有机-矿物肥料中泥炭替代的可行性研究：生物废弃物作为可再生有机材料的适用性评估

编辑推荐：本研究针对传统有机-矿物肥料(OMFs)依赖不可再生的泥炭等地质有机材料的问题，系统评估了16种意大利本土生物废弃物(包括堆肥、生物炭等)作为OMFs有机基质的适用性。通过理化参数分析，提出筛选标准并验证了市政固废堆肥(MSWC)和蚯蚓粪(VC)可作为高质量替代材料，为可持续肥料开发提供技术支撑，助力循环农业发展。

　　在全球面临资源短缺和环境污染的双重挑战下，农业领域对可持续肥料的需求日益迫切。传统有机-矿物肥料(Organo-Mineral Fertilizers, OMFs)长期依赖泥炭(Peat)和风化褐煤(Leonardite)等地质有机材料，这些不可再生资源的开采不仅破坏生态系统，还会释放封存的碳。与此同时，大量农业和城市生物废弃物(Biowastes)的处理成为环境负担，如何将其转化为高附加值产品成为研究热点。意大利都灵大学等机构的研究团队在《Heliyon》发表的研究，首次系统评估了生物废弃物作为OMFs有机基质的可行性，为泥炭替代提供了科学依据和技术路径。

研究团队采用多维度分析方法：首先收集16种意大利本土有机材料（含2种地质材料、2种生物炭(BC)、4类堆肥和蚯蚓粪(VC)），通过粒度分析、电导率测定和pH检测评估加工适用性；其次采用元素分析、碱提取法和¹³C核磁共振(CPMAS NMR)表征有机质稳定性；最后通过公式空间(Formula space)计算量化各材料在7.5%有机碳(C_org)OMFs中的贡献比例。所有分析均遵循意大利堆肥标准方法，关键参数设置三重重复。

粒度分析揭示加工瓶颈：市政固废堆肥(MSWC-2)和农场堆肥(MC-sol等)含50%以上>2mm颗粒，需额外粉碎处理；而蚯蚓粪(VC-man)和部分堆肥(MSWC-1)的细颗粒比例(63-83%)与泥炭相当。湿度数据表明，生物炭(BC-2)和粪肥堆肥(MC-man2)含水率高达59%，需预处理降低干燥能耗。

有机质稳定性呈现梯度差异：核磁共振显示木质素衍生的芳香碳在风化褐煤(Leon)中占比最高(19.9%)，而堆肥材料以易降解的O-烷基碳为主(41-59%)。值得注意的是，蚯蚓粪(VC-man)和部分市政堆肥(MSWC-1)的腐殖化程度(HD>0.7)接近泥炭，其腐殖碳(C_hum)贡献达3.7-4.1%，满足OMFs稳定性要求。

关键限制性参数分析发现：绿化堆肥(GC-hort)电导率(4.0 mS cm^-1)和部分堆肥的pH(>9)可能影响作物生长，需与酸性材料复配；而真菌基质堆肥(GC-fung)的镉含量(4 mg kg^-1)接近欧盟限值，需谨慎选用。

公式空间计算揭示应用潜力：低C_org材料如粪肥堆肥(MC-man1)会挤占矿物肥料空间(OF_prop=50.3%)，而生物炭(BC-1)因C_org高达71.8%仅需9.9%添加量。市政堆肥(MSWC)和蚯蚓粪(VC)在C_org含量(19-28%)与养分供给间达到最佳平衡。

研究结论指出，基于理化参数建立的筛选体系可有效评估生物废弃物替代泥炭的可行性。市政固废堆肥(MSWC)和蚯蚓粪(VC)在有机质稳定性、加工特性和环境安全性方面表现突出，是理想的泥炭替代品。该研究为开发区域性定制化OMFs提供了方法论支持，通过将废弃物转化为高价值肥料，既可减少对地质资源的依赖，又能推动农业循环经济发展。未来研究需进一步验证这些材料在实际生产中的造粒性能和田间肥效，以加速技术落地应用。