评估水葫芦堆肥养分含量与重金属安全性：农业化学肥料减量与养分循环的可持续解决方案

为解决水葫芦(WH)入侵及化学肥料成本高昂问题，研究人员开展WH与牛粪堆肥化研究，评估不同比例堆肥的养分含量及重金属安全性。结果表明所有重金属浓度均符合FAO/WHO限值，pH 8.66-8.96，EC<4 dS/m，但总氮(TN)和有效磷(P)含量较低。该堆肥可作为安全可持续的土壤改良剂，促进养循环并减少对化学肥料的依赖。

　　

在全球范围内，水葫芦（Water Hyacinth, WH）被认为是最具侵略性的水生杂草之一，因其快速生长和繁殖能力，可在两周内体积翻倍，形成密集的浮垫，窒息淡水生态系统。自1956年在埃塞俄比亚科卡湖首次发现，到2011年在塔纳湖迅速扩散，水葫芦已对水生生物多样性、水质和当地经济造成严重影响。其茎段和种子可保持活力超过六年，使得控制极为困难。面对这些生态和社会经济影响，可持续管理策略迫在眉睫。其中，将水葫芦转化为堆肥，不仅提供了一种缓解其增殖的可持续解决方案，还能通过堆肥技术——处理和处理粪便和杂草（包括水葫芦）的最经济、环保方式——实现有机肥料的可行性。随着无机肥料成本的上升，许多小农难以负担，因此引入更便宜、环保的土壤肥力增强技术成为提升粮食作物产量的关键。

除了养分供应，堆肥还在缓解生物和非生物胁迫中发挥关键作用。例如，堆肥已被证明能抑制土传疾病，通过改善微生物活性和土壤结构来支持植物生长。此外，堆肥能减少干旱胁迫，提高植物在污染和盐渍土壤中的恢复力。全球范围内，堆肥提供了合成肥料的可持续替代品，有助于养分循环，同时减少温室气体排放和污染。由于水葫芦的高生物量生产能力和积累养分及重金属的潜力，它日益被视为潜在的堆肥原料。将水葫芦与牛粪一起堆肥可增强微生物活性和堆肥质量，使其适用于农业用途。水葫芦衍生的堆肥含有必需养分如氮（N）、磷（P）、钾（K），并贡献土壤有机质。然而，对重金属积累的担忧仍然存在，因为水葫芦能从水体中吸收镉（Cd）和铅（Pb）等元素。

这些担忧在埃塞俄比亚尤为相关，那里无机肥料的 escalating 成本使其越来越难以被小农获取，从而加剧了对低成本、环保替代品的需求。在此背景下，水葫芦基堆肥提供了改善土壤肥力、提高作物生产力以及管理入侵杂草的额外途径的 promising 机会。尽管如此，尽管其潜力巨大，但对水葫芦堆肥的农艺效益和环境安全性的全面科学评估仍然有限。

因此，本研究的目标是评估水葫芦基堆肥的养分含量和重金属安全性，作为化学肥料减量和农业中养分循环的可持续解决方案。这将有助于开发环保方法来管理和控制入侵水葫芦。

研究人员在埃塞俄比亚西北部的Gondar Zuria Woreda的Shiha-Gomengie进行了研究，该地区靠近塔纳湖，水葫芦 infestation 严重，覆盖湖岸线的 up to 30%。研究使用了三种不同的水葫芦-粪便-土壤比例（6:6:2、8:4:2、10:2:2）进行堆肥，过程持续60天，期间监测温度、pH、水分含量、电导率（EC）、总氮（TN）、有效磷（P）、有机碳（OC）和交换性碱基，以及重金属如锌（Zn）、镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、铁（Fe）和锰（Mn）的浓度。堆肥样品在60天后收集，经过风干、研磨和筛分，然后在实验室进行分析。关键方法包括使用标准程序测定pH和EC，通过烘干法测定水分含量，通过湿消化法测定有机 matter，以及通过火焰原子吸收光谱法（FAAS）测定重金属浓度。所有分析均进行三重重复，并使用ANOVA进行统计比较。

研究结果显示，堆肥的pH值范围在8.66至8.96之间，EC值均低于可接受的4 dS/m限值。有机碳（OC）和氮含量在不同样品中有所变化，样品B显示出最高水平。所有重金属浓度均在FAO/WHO允许限值内，但总氮（TN）和有效磷（P）值低于最佳范围。具体来说，温度变化显示样品B和C达到较高温度（最高70°C），表明微生物分解活跃；水分含量在53.6%至68.8%之间，样品B略高于可接受范围；挥发性固体在23.4%至33.8%之间；有机碳在4.5%至19.0%之间，样品A最高；总氮在0.38%至0.78%之间；有效磷在56.46至79.33 mg/kg之间。重金属分析表明，锰（Mn）浓度最高（ up to 414.2 mg/kg），铁（Fe）在248.7至263.0 mg/kg，锌（Zn）在173.2至262.2 mg/kg，镉（Cd）在2.1至3.4 mg/kg，铅（Pb）在6.7至14.2 mg/kg，铜（Cu）在32.7至39.3 mg/kg，铬（Cr）未检测到。所有值均低于国际标准限值，但镉在样品A中略超限，需进一步监测。

讨论部分强调，水葫芦基堆肥在重金属安全性方面表现良好，符合环保标准，可作为安全的土壤改良剂。然而，养分含量较低，尤其是氮和磷，表明需要改进堆肥配方以增强农艺价值。结合牛粪的堆肥策略是一种可持续高效的方法，可替代化学肥料，但需优化养分比例以提高农业应用的成功率。总之，这项研究为利用入侵物种进行资源化利用提供了科学依据，支持可持续农业发展和环境管理。论文发表在《Scientific African》，突出了其在非洲语境下的实际应用价值。