Anthroponics：人尿营养回收肥料Urval与商用Ca-Mg肥及栽培基质对留兰香（Mentha spicata L.）生长、分枝和生物量的影响

《Frontiers in Environmental Science》：Anthroponics: nutrients recovery from human urine and their reuse as fertiliser to grow spearmint (Mentha spicata L.)

　　

在本研究中，研究人员考察了Urval肥料——一种通过人尿液营养回收（nutrient recovery）工艺生产的肥料——用于种植留兰香（spearmint）。尿液含有约0.8–2 g/L的磷（phosphorus, P）和约3–7 g/L的氮（nitrogen, N），这些营养物由人体排泄，此外还含有其他营养物，因此是营养回收的良好资源。本研究共采用30株留兰香植物，以检验肥料类型（Urval/U；Ca-Mg Grower/CM）和盆栽基质（potting media；Vermiculite/V；Coco chips/C；Peat and Perlite/PP）对株高、分枝和生物量的影响。CMV持续产生株高的最大增幅，表明营养供应更平衡。CMPP和CMC相对于UV、UC和UPP也提高了株高。茎（stalk）生产观察到类似模式，CMV产生最高茎数，其次是CMPP和CMC，与观察到的株高响应密切一致，并强化了商业肥料在多个生长参数上的更优表现。值得注意的是，UV的茎数高于UC和UPP，表明蛭石（vermiculite）是更适合Urval施用的生长基质。生物量数据表明，CMV产生较大的留兰香植株，其次是CMPP和CMC，而在Urval处理中UV表现最好，其次是UC和UPP。

研究人员围绕人尿液营养回收（nutrient recovery）及尿源肥料用于留兰香（Mentha spicata L.）栽培开展研究。人尿液含有高浓度植物必需营养，约0.8–2 g/L的磷（phosphorus, P）和约3–7 g/L的氮（nitrogen, N），此外还有其他营养物。传统污水处理常以去除N和P为核心，成本与能耗较高，并带来环境负担；矿物肥料生产依赖有限磷矿和化石燃料。因此，源分离（source separation）城市污水管理被视为可持续、资源高效替代方案，将尿液转化为肥料有助于推进循环经济（circular economy），通过城市和近郊农业闭合营养环，并减少废物与环境污染。直接施用原尿受高含水、刺激性气味、氨挥发（ammonia volatilisation）导致N损失及微污染物（micro-pollutants）限制。澳大利亚悉尼科技大学研究组通过UrVal技术证明人尿液可转化为植物肥料UrVal，其生产包括源分离和水解、好氧膜生物反应器（aerobic membrane bioreactor）结合粉末活性炭（powdered activated carbon, PAC）处理、渗透液收集、蒸馏或膜蒸馏（membrane distillation）浓缩。留兰香是澳大利亚特色作物，主要用于精油、鲜/干叶及提取物。研究人员旨在评估UrVal肥料对留兰香生长效果，与商业矿物肥料比较，并确定最适盆栽基质。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员选用留兰香（Mentha spicata L.），幼苗购自当地种植者并送至悉尼皇家植物园（Royal Botanic Garden, RBG）苗圃，经生物安全检查，修剪至100 mm，于2023年7月27日移入200 mm黑塑料盆，在实验条件下生长6周。采用完全随机设计，每处理组合5重复。基质为蛭石（Vermiculite, V）、椰糠片（Coco chips, C）和泥炭/珍珠岩1:1（Peat/Perlite, PP）。肥料为Urval（U）和Cal-Mg Grower（CM），以稀释营养液按每盆200 ppm氮每周浇灌一次，pH 6.2–6.4。每周记录株高和总茎数；结束时测茎叶鲜、干生物量（100°C、24 h）。采用线性回归和双因素方差分析（two-way analysis of variance, ANOVA），Tukey事后检验（Tukey post hoc test），p < 0.05。气候数据来自Sydney Botanic Gardens气象站。

研究结果如下。3.1 Plant height（株高）：通过6周每周测定，所有处理株高逐步增加。CMV最高，从约16.3 cm至30.8 cm；CMPP从约16.0至24.6 cm；CMC从约14.1至近20.0 cm。UV从约12.5至17.8 cm；UC从11.7至17.8 cm；UPP最低，从12.2至16.4 cm。回归线正线性，95%置信带窄，表明重复间变异低。结论是CMV最大促进株高，提示营养更平衡；商业肥料较Urval提供更完整营养，Urval缺乏必需微量营养；未出现生长抑制或毒性。3.2 Number of stalks（茎数）：通过每周计数，CMV最高，从约14.4至31.6；CMPP从11.2至27.6；CMC从7.2至23.6；UV从4.2至16.6；UC从3.4至10.4；UPP从2.6至7.8。CMV茎发生最多，可能因氮促进腋芽发育和分枝；无下降或平台，表明无胁迫。结论是CMV最有效，其次CMPP和CMC；UPP、UC、UV较差；茎数与可收获生物量相关。3.3 Fresh and dry biomass（鲜、干生物量）：通过最终称重和双因素ANOVA，肥料类型和基质均显著影响鲜、干生物量，交互不显著。CM肥料鲜/干生物量（86.37 g、17.81 g）显著高于U（40.05 g、7.95 g）。基质中V最高（76.88 g、15.92 g），显著优于PP和C，PP与C无显著差异。虽交互不显著，CMV组合最大（102.61 g鲜、21.63 g干），其次CMPP（85.44 g、16.90 g）和CMC（71.07 g、14.91 g）。所有U处理较低，鲜32.59–51.14 g，干6.30–10.21 g。结论是CM比U更有效，V最适合最大化生物量。

讨论部分总结：与Viskari et al.报告一致，尿基肥较常规矿物肥产量低；其尿肥气味强、pH约9、总N低，需深施。Urval气味宜人、稀释后pH约6.2、浓缩态总N更高。Treadwell et al.发现营养管理影响留兰香生产力，最高产量用常规水培营养液或禽粪基肥，产量较高但实验达107天。Akpan-Idiok et al.报告人尿增加秋葵养分吸收、生长和产量，最高尿量20,000 L ha^?1优于NPK 15:15:15，15,000 L ha^?1与商业肥相当。Sridevi et al.发现人尿用于法国豆和玉米，产量与化肥相当或更高，尿+农家肥最高，尿单独优于尿素。Sohn et al.评估Urval在欧芹、rhipsalis、芫荽和罗勒：商业肥常更高生物量和营养生长，但Urval植物健康、无毒性或抑制；欧芹Urval约商业水培肥一半生物量，茎数相当；rhipsalis Urval与商业Ca-Mg肥相当；芫荽和罗勒Urval生物量约商业肥65%–75%。Sohn et al.组织分析显示，尽管Urval磷、钾、钙、镁和微量营养浓度低，植物仍维持可接受营养状态和生长；最高产量与足够钙、镁、铁和微量元素相关。本研究中Urval钙、镁、铁、硼、锰显著低于商业肥，可能造成株高、茎数和生物量较低。限制可能不是氮供应，而是某些大量与微量营养可用性。植物种类和生长条件强烈影响尿源肥性能。蛭石优异可能因高持水、通气、保持和逐步释放养分，提高Urval养分可用性。需优化肥料配方和栽培实践。研究局限为特定环境管理条件，不能代表不同作物、土壤、气候、生产系统。Mustaffa et al.综述表明尿源肥农艺效果取决于回收技术、施用率、配方、土壤性质、盐度（salinity）、作物养分需求。一些田间试验等氮率下与矿物肥相当，其他减产因养分释放不匹配或盐积累。改进途径包括与生物炭（biochar）、沸石（zeolites）、控释基质（controlled-release matrices）或其他营养载体结合，提高养分保持、减轻盐害、提高生产力。安全方面，储存、稳定化、膜处理、吸附、活性炭过滤（activated carbon filtration）可降低污染物；风险评估认为药品残留（pharmaceutical residues）进入可食作物组织通常很低，常与再生水灌溉（reclaimed wastewater irrigation）相当。公众接受可能障碍，消费者和农民担心卫生、气味、食品安全、人类废弃物产品。未来研究应理解减产机制，评估不同施用率、补充营养、养分释放动态、盐度管理、多季田间试验不同基质和气候。总体Urval是有前景循环肥料，但显著减产表明需进一步优化才能直接替代常规矿物肥。

研究结论翻译：该实验表明，留兰香可使用Urval肥料种植，在6周内未显示毒性或生长下降迹象。结果清楚表明，Urval单独不能超过完整商业矿物肥料，因为缺乏若干微量营养。未来实验应尝试从实验开始向Urval添加螯合微量营养（chelated micronutrients），以检验是否影响植物整体生长。鉴于尿源肥料的环境与可持续优势，有必要进一步试验。未来研究应探索：优化Urval生产过程以提高养分可用性；将Urval与有机物混合；寻找可能更好补充Urval养分组成的替代盆栽基质；长期试验评估对植物健康和产量的累积影响。这些步骤可帮助释放Urval作为草本生产可持续肥料的潜力，带来生态和经济效益。