污水污泥快速矿化提供氮素促进玉米生长的机制研究及其农业应用价值

本研究针对传统农家肥资源短缺问题，通过两年田间试验比较污水污泥(SS)与牛粪(CM)在等氮量施用下对青贮玉米(Zea mays L.)的肥效差异。结果表明SS因低C/N比(碳氮比)和无木质素特性，其短期净矿化率显著高于CM，氮表观回收率(ANR)达99.8%(SS50) vs 76.7%(CM50)，为循环经济下有机废弃物资源化利用提供科学依据。

　　

随着绿色革命带来的农业集约化发展，化学肥料过度使用导致的环境问题日益凸显。氮肥的低效利用不仅造成资源浪费，更引发水体富营养化和温室气体排放等生态危机。与此同时，农业专业化导致传统农家肥资源短缺，迫使人们寻找替代性有机改良剂。污水污泥(SS)作为城市污水处理厂的副产品，富含氮磷等营养元素，但其农业应用潜力尚未得到充分验证。

为评估污水污泥的农用价值，葡萄牙布拉干萨理工学院的研究团队开展了一项为期两年的田间试验，比较SS与传统牛粪(CM)对青贮玉米产量和土壤肥力的影响。研究发现SS的快速矿化特性使其在短期氮素供应方面表现优异，相关成果发表于《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》。

研究采用完全随机设计，设置50/100/200 kg N ha^-1三个施肥水平(SS50/SS100/SS200和CM50/CM100/CM200)及空白对照。通过预侧施氮测试(PSNT)、叶片氮浓度、秸秆硝酸盐测试等指标评估氮素有效性，并测定表观氮回收率(ANR)和土壤理化性质。

3.1 土壤无机氮动态
生长季中SS处理组的土壤NO₃^--N含量显著高于CM组，SS200处理在2023年达17.1 mg kg^-1，较CM200(11.6 mg kg^-1)高47%。总无机氮(Inorg-N)呈现相同趋势，证实SS具有更快的矿化速率。

3.2 玉米生物量与营养状况
虽然SS和CM在干物质产量(DMY)上无显著差异(SS200:23.5 t ha^-1 vs CM200:22.7 t ha^-1)，但SS处理组的叶片氮浓度(2023年SS200:35.1 g kg^-1)和秸秆硝酸盐含量(SS200:3964.7 mg kg^-1)显著更高，表明SS能更有效维持作物生长后期的氮素供应。

3.3 氮利用效率
SS的ANR显著优于CM，第二季SS50处理达99.8%，而CM50仅76.7%。这种差异源于SS的低C/N比(8.2 vs CM的17.3)和易降解有机质组成，使其矿化过程更接近速效化肥。

3.4 土壤改良效应
试验末期SS200处理的土壤有机碳(OC)增至24.9 g kg^-1，交换性钙(Ca²⁺)提高36%。但SS的强矿化作用导致轻微酸化(pH6.2 vs对照6.4)，这与其硝化过程产生的H⁺有关。

该研究证实污水污泥因其独特的化学组成，在氮素释放动力学上处于传统有机肥与化肥之间的过渡态。其快速矿化特性特别适合需氮量大的作物体系，而低钾含量(1.6-2.5 g kg^-1)提示需配合钾肥使用。研究为污水处理副产物资源化提供了实证支持，但作者强调需配套重金属检测和卫生处理措施，特别是处理工业废水的污泥。这些发现对推动循环农业和减少合成氮肥依赖具有重要实践意义。