液态、固态与堆肥猪粪磷肥对玉米-大豆轮作产量及种子氮磷比的优化效应研究

本研究针对畜禽粪便磷肥管理优化问题，通过比较液态(LM)、固态(SM)和堆肥(CM)三种猪粪形态在玉米-大豆轮作系统中的施用效果，揭示了基于磷(P)的施肥策略可显著提高作物产量并降低环境风险。研究发现70 kg P ha-1为最佳施磷量，种子N:P比4.75时玉米产量最高，为可持续粪肥管理提供了科学依据。

　　

在加拿大伊利湖流域的农业生产中，玉米-大豆轮作是主流种植模式，而集约化养猪场产生的大量猪粪处理成为环境与农业的双刃剑。传统基于氮(N)需求的施肥方式导致磷过量积累，不仅浪费不可再生的磷资源（加拿大完全依赖进口），更威胁着五大湖水域生态安全。尤其令人担忧的是，单胃动物猪无法消化植物植酸（有机磷Po的主要形式），使得猪粪中Po浓度比饲料高出3-4倍，这些高移动性的Po在土壤中的行为特征与化学磷肥截然不同。

加拿大农业与农业食品部哈罗研究发展中心的Junjie Niu、Tiequan Zhang等研究人员在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》发表的研究，首次系统比较了液态、固态和麦秸堆肥液态猪粪在玉米-大豆轮作中的磷利用效率。通过在布鲁克斯顿粘壤土开展4年田间试验，研究人员设置了0、50和100 kg P ha^-1三种磷水平，以及基于200 kg N ha^-1的氮磷配比处理，同时以三重过磷酸钙(TSP)为化学磷肥对照。

研究采用随机区组设计，通过H₂SO₄-H₂O₂消解-流动注射分析技术测定种子N、P浓度，建立产量与种子N:P比的关系模型。关键发现包括：液态猪粪处理的玉米产量呈抛物线响应，而固态和堆肥猪粪无此规律；种子N:P比为4.75时玉米产量最优；后续大豆在70 kg P ha^-1施磷量下产量最高；堆肥猪粪虽不利于玉米生长，却能提升后续大豆产量。

玉米产量响应
液态猪粪处理呈现显著抛物线响应（R²=0.87），50 kg P ha^-1时产量达峰；而固态猪粪在2006年失去响应性，堆肥处理甚至出现产量下降。值得注意的是，种子N浓度与产量呈强抛物线关系（R²=0.92），而种子P浓度在2004年与产量负相关。

种子N:P比的调控作用
玉米种子N:P比4.75成为关键阈值，此时无论粪肥或化肥处理均实现最优产量。堆肥处理的N:P比最低（CN处理），与其较差的产量表现一致，这归因于堆肥过程中稳定有机质导致的氮固定。

大豆的后续响应
前茬玉米施磷量显著影响后续大豆产量，最佳P量为70 kg ha^-1。固态猪粪N基处理（SN）因331 kg P ha^-1的超量施用导致大豆种子P异常累积，但产量反而降低，证实过量磷的负面效应。

该研究颠覆了传统N基施肥理念，证明P基策略（70 kg P ha^-1）既能保障轮作系统产量，又可减少磷环境风险。种子N:P比作为新型生物标记物的提出，为精准粪肥管理提供了创新工具。特别值得注意的是，堆肥猪粪对玉米的"低效"与对大豆的"增效"这种时空分异现象，揭示了有机磷在土壤中的矿化动力学特征，为循环农业中的养分时序调控提供了重要启示。