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为探究生物废弃物替代传统化肥用于水培网纹瓜（Cucumis melo L.）种植的环境影响，来自台湾的研究人员开展相关研究。结果显示，20% 生物废弃物替代使环境影响增加 11.3 - 13.7%。该研究为循环农业实践决策提供参考。
循环农业致力于推动资源循环利用，以打造可持续发展的环境。在资源有限的条件下，水培系统能够实现高效生产。用生物废弃物替代化学投入品，是促进可持续农业发展的切实策略。网纹瓜（Cucumis melo L.）是具有高经济价值的作物，这为探索此类替代方案提供了契机。然而，在水培过程中使用生物废弃物，需要额外的预处理步骤，而且可能会导致果实重量下降，对环境和经济效益均产生影响。
本研究旨在评估在水培网纹瓜种植中，部分用生物废弃物肥料替代传统化肥所产生的环境影响。研究采用生命周期评估（LCA）方法，评估在水培网纹瓜种植中，用 20% 的黄粉虫粪便（mealworm frass）替代传统化肥（合成化学品）的效果。首先进行实际试验，测定生物废弃物替代对植物生长和作物产量的影响。随后开展扩大规模的分析，将季节变化纳入研究范围。
研究结果表明，在水培网纹瓜种植中，用生物废弃物替代传统化肥，会使总体环境影响增加 11.3 - 13.7%。这主要归因于生物废弃物预处理所需的额外能源，以及果实重量的减轻，进而导致温室气体（GHG）排放增加 2.1%。具体而言，尽管生物废弃物替代使矿物资源稀缺性降低了 20.0 - 30.7%，但全球变暖潜势却增加了 11.6 - 14.2%。此外，最初预期实施生物废弃物替代可使温室气体排放减少 8.2%，但额外的能源需求和果实重量的减轻抵消了这一益处。
本研究凸显了在水培系统中使用生物废弃物替代方案的潜力与挑战，也表明在无土栽培中施用生物废弃物肥料时，条件并不稳定。随着水培农业在循环农业系统中的持续发展，为实现农业系统的环境可持续性，需要仔细考量粮食生产力和能源需求。
生物废弃物替代方案为实现循环农业的可持续发展提供了切实可行的解决办法。在过去二十年里，减少化肥的过度使用，一直是国际农业政策的重点关注领域。全球推行了多项相关政策，设定了诸如尽量减少化肥使用、精准农业和有机农业等目标。欧盟的 “从农场到餐桌” 战略，作为欧洲绿色协议的核心组成部分，旨在到 2030 年将有机和矿物肥料的养分损失至少降低 50%。在中国，化肥和农药使用零增长行动使粮食生产的肥料利用率提高了 2.53%，并成功将化肥使用的年增长率控制在 1% 以内。鉴于全球都在关注减少化肥使用，开发高效的生物废弃物肥料替代方法，成为实现可持续农业的关键问题。
将动物粪便等废弃物转化为肥料，是作物种植中最常见的化肥替代方式。用畜禽粪便部分替代化肥，已显示出提高作物产量和土壤肥力的潜力。随着生物废弃物替代方案的优势日益显著，昆虫粪便和藻类等更广泛的生物废弃物资源，正作为潜在的生物废弃物肥料被探索。昆虫粪便被认为可通过增强矿物质吸收和抗逆性，促进植物生长并改善土壤特性。黄粉虫（Tenebrio molitor L.）和黑水虻（Hermetia illucens）等昆虫，作为牲畜饲料和鱼粉的替代蛋白质来源，正受到越来越多的关注，这一趋势凸显了这些新兴产业对促进农业可持续发展的潜力。
水培是一种高效、精准的无土栽培系统，用于种植蔬菜和水果。凭借优化土地利用、精确控制能源和资源消耗的特点，水培被视为实现可持续高效粮食供应的关键途径。然而，相较于在土壤栽培作物中使用生物废弃物，人们对在水培系统中使用生物废弃物肥料的效果了解较少。在水培系统中，化肥是植物养分的主要来源，直接影响植物生长和生产力。而且，水培中粮食生产力和质量的稳定性，取决于温室和水培操作的良好控制。用生物废弃物替代传统化肥，可能会破坏系统原有的养分平衡，导致植物生长不良或产品质量下降。此外，由于生物废弃物中的养分含量因来源而异，施用生物废弃物可能会破坏水培系统中的养分平衡，影响植物生长。动物粪便，如畜禽粪便或渔业污泥，含有高浓度的 NH4+，可能对植物生长有毒害作用，并促进微生物过度繁殖。因此，尽管在水培系统中使用生物废弃物肥料，被视为迈向可持续农业的有前景的实践，但有必要对其益处进行全面评估，以防止因不当施用而产生意想不到的环境影响，如富营养化或养分毒性。
近年来，生命周期评估（LCA）已被用于为更可持续的农业政策提供支持，通过提供对农业系统环境影响的证据。在农业系统中，灌溉和施肥是减少温室气体排放和资源消耗的关键管理措施。例如，在墨西哥的集约化小麦生产中，施肥导致了 83% 的温室气体（GHG）排放，其中化肥制造贡献了这些排放的 42%。养分回收方法，如直接渗滤液循环和膜过滤，已显示出对水培番茄作物全球变暖影响的热点（44 - 52%），而化学沉淀替代方法的效果则较差。此外，由于水培农业依赖电力来维持系统稳定，水培和温室操作中的电力使用，在其总体环境负担中占很大比例。尽管近年来使用 LCA 的研究数量不断增加，但农业活动的可变性和库存数据的缺乏，使得农业系统存在高度不确定性，这在水培系统中尤为明显，因为相关数据稀缺。因此，建立明确的水培系统 LCA 评估框架，对于支持未来的农业政策，如生物废弃物替代，十分必要。
网纹瓜（Cucumis melo L.）因其高经济价值，在东亚和南亚（如日本和中国台湾地区）被视为优质水果。为确保其高品质外观和稳定的质量，水培系统为网纹瓜种植提供了良好调控的环境。网纹瓜属于葫芦科，原产于中东和波斯地区。其最佳生长温度为夜间 18 - 24°C，白天 24 - 30°C。由于先进农业技术和精准农业条件的应用，在台湾南部热带地区，网纹瓜已成为全年供应的水果。然而，这也意味着网纹瓜种植对能源（如电力）和资源（如水和肥料）的需求很高。特别是在水培种植过程中，环境控制的波动可能导致果实质量不稳定，给农民带来重大经济损失。
使用生物废弃物替代化肥是一种日益增长的趋势，因此进行全面的环境评估至关重要，以避免高估其益处。精准农业，如水培，需要大量的能源和资源投入来维持系统平衡。在水培种植中仓促推广生物废弃物再利用，可能会产生意想不到的后果，有可能增加温室气体排放或富营养化等环境影响。鉴于农业系统的复杂性，可靠的评估工具对于量化生物废弃物替代的利弊至关重要。
本研究旨在应用 LCA 工具，评估在水培网纹瓜种植中，部分用生物废弃物肥料替代传统化肥的环境影响。研究人员假设，在水培网纹瓜种植中应用生物废弃物替代方案，将减少总体环境影响，特别是减少矿物资源稀缺性和水资源消耗的影响。为验证这一假设，研究人员在试验温室中进行了实际试验，比较了使用 100% 传统化肥（C）和 20% 生物废弃物替代（B）的水培网纹瓜种植处理，评估植物生长和果实产量。此外，研究人员还在三个种植季节（春季、夏季和冬季）进行了扩大规模的清单分析，以开发水培网纹瓜的评估模型。本研究通过全面比较 C 和 B 处理的环境影响，为循环农业实践的决策提供了有价值的见解。
本研究是首次对水培网纹瓜种植进行生命周期评估（LCA），特别是在热带地区，那里全年都可进行收获。研究人员考察了用生物废弃物替代传统化肥的可行性和环境影响。值得注意的是，研究结果显示，20% 的生物废弃物替代增加了总体环境影响。虽然减少化学投入降低了矿物资源稀缺性的影响，但生物废弃物预处理所需的额外能源……（文档此处未完整显示后续内容，若有需要可补充完整内容后继续提问 ）
