厌氧消化液精准施用对冬小麦产量及氮素利用效率的影响研究：基于循环农业的田间实证分析

本研究针对传统施肥方式在冬小麦生产中氮素利用效率低、环境污染风险高等问题，通过两年期农场试验，系统评估了含硝化抑制剂的液态消化液(LD+)、变量施用(VRA-LD)及固态消化液(SD)等处理对冬小麦产量、蛋白质含量及氮素利用效率(NUE)的影响。研究发现液态消化液配合精准农业技术可实现与矿物肥料相当的农艺表现，为循环农业体系下的养分管理提供了重要实践依据。

　　

在全球气候变化和资源短缺的双重压力下，如何实现农业可持续发展成为关键课题。欧洲绿色新政提出2050年气候中性目标，其中农业部门的减排尤为关键。传统矿物肥料虽然能保证作物产量，但其生产能耗高且易造成氮素流失，导致水体富营养化和温室气体排放。与此同时，沼气工程产生的厌氧消化液(Anaerobic Digestate)作为潜在肥料来源，其应用效果却存在巨大争议——既有研究显示其氮素利用效率(Nitrogen Use Efficiency, NUE)波动大，且不同土壤条件下表现差异显著。

为破解这一难题，意大利研究团队在《Precision Agriculture》发表重要成果。研究团队选择威尼斯和维罗纳两处典型农场，设计为期两年的实地试验，覆盖47公顷土地和36个田块。通过创新的农业环境可持续性指数(AESI)和边际分析方法，结合变量施用技术(Variable Rate Application, VRA)与硝化抑制剂，系统比较了液态消化液(LD+)、固态消化液(SD)与传统矿物肥料的农艺表现。

研究采用多技术融合方案：1) 基于电导率(ECa)测绘和土壤剖面分析划分管理区域(MZ)；2) 使用DNDC模型模拟不同氮素投入情景；3) 配备RTK GPS的精准施肥设备实现变量控制；4) 近红外光谱(NIR)实时监测产量和蛋白质含量。农场1为黏质土壤，农场2为砂壤土，形成鲜明对比。

冬季小麦产量

研究揭示出显著的年际差异：2021年产量(16.8-16.9 t ha^-1)远超2020年(7.2-9.1 t ha^-1)。在黏质土的农场1，固态消化液(SD)表现突出，较LD+增产14-18%，与矿物肥料(MF)相当；而砂壤土的农场2则显示所有有机处理均减产15-32%。变量施用(VRA-LD)在特定条件下展现优势，如农场2在2021年实现产量提升。

蛋白质含量

数据呈现更复杂格局：农场1的SD处理在2020年蛋白质含量最高(6.2%)，但次年却被VRA-MF反超；农场2的SD处理更是出现年际波动(5.3% vs 6.2%)。总体显示液态消化液可能导致蛋白质含量轻微下降。

氮素利用效率(NUE)

矿物肥料体系展现显著优势(平均69%)，远超液态(43%)和固态消化液(25%)。但VRA技术使液态消化液的NUE提升至49%，硝化抑制剂则未显现预期效果。值得注意的是，砂壤土条件下的NUE普遍高于黏质土(64% vs 46%)。

系统可持续性评估

通过三重标准(N输出>80 kg ha^-1、50%^-1)分析显示：矿物肥料在农场1达标率最高(49-72%)，而液态消化液在农场2的2021年表现优异(38%达标)。固态消化液因高氮盈余难以满足可持续标准。

讨论部分深刻指出：液态消化液可作为矿物肥料的替代选择，但效果高度依赖土壤类型和环境条件。黏质土中固态消化液的优异表现提示其长期改良土壤的潜力，而砂壤土的结果则警示需要更精细的管理策略。研究创新性地证实，精准农业技术能提升有机肥料的NUE，但需要开发更灵活的硝化抑制剂使用方案。

该研究为欧盟"从农场到餐桌"战略提供了重要技术支撑，首次在农场尺度验证了消化液变量施用的可行性。作者建议未来研究应关注：1) 固态消化液的长期土壤效应；2) 基于土壤类型的定制化施肥算法；3) 整合生命周期评价(LCA)的全面可持续性分析。这些发现对发展循环农业具有里程碑意义，为政策制定者、农技推广人员和农场主提供了科学决策依据。