《Journal of Environmental Management》：Dent corn yield and grain protein responses to integrated composted sewage sludge and liquid centrate fertilization compared with chemical fertilizer
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•在玉米种植中评估了堆肥化污水处理污泥和液态浓缩物。•液态浓缩物作为追肥可使谷物蛋白质含量增加高达11%。•较高量的液态浓缩物增加了茎秆氮的吸收量和秸秆生物量。•基础肥料处理和液态浓缩物处理之间的谷物产量没有显著差异。•这种综合策略支持废水养分循环利用和合成肥料的替代。引言随着人
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在玉米种植中评估了堆肥化污水处理污泥和液态浓缩物。
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液态浓缩物作为追肥可使谷物蛋白质含量增加高达11%。
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较高量的液态浓缩物增加了茎秆氮的吸收量和秸秆生物量。
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基础肥料处理和液态浓缩物处理之间的谷物产量没有显著差异。
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这种综合策略支持废水养分循环利用和合成肥料的替代。
引言
随着人口快速增长和城市化进程的加快，到2025年大约45%的世界人口（82亿人）将居住在城市（联合国经济和社会事务部，2025年），这加剧了淡水资源的消耗，并产生了大量的城市固体废物，尤其是废水（Mishra等人，2023年）。为了解决水资源短缺和肥料成本问题，Mishra等人（2023年）指出，经过处理的废水可以为作物生产提供氨和硝酸盐，同时减少对淡水资源的压力。然而，废水处理会产生一种称为污水处理污泥（SS）的浆状残余物（Okopi等人，2024年），需要对其进行妥善管理。通过厌氧消化SS后脱水，可以获得富含养分的液态浓缩物（LC），可用作肥料。相比之下，通过好氧堆肥SS可以制备出有机肥料——堆肥化污水处理污泥（CSS）（M?ller和Müller，2012年；U?aro?lu和Alkan，2016年）。这些材料为昂贵且对环境负担重的合成肥料提供了替代方案。Phung等人（2023a年）发现，CSS含有2.8%的氮、3.9%的五氧化二磷和0.5%的氧化钾，而LC含有1005.5毫克/升的总氮、82.1毫克/升的磷酸盐和74.4毫克/升的钾。这些有机资源的营养成分表明，CSS和LC都可以作为提高土壤肥力和促进植物生长的有价值有机投入。
全球向循环经济的转型越来越多地引起了人们对有机肥料（如CSS和LC）的兴趣，特别是在对氮需求较高的作物（如玉米）中（联合国环境规划署，2025年）。在作物种植中使用这些有机资源可以提高盈利能力，并有助于食品安全，同时实现减少对化学肥料依赖的目标（CF），并推广有机肥料的使用。此外，这些资源还有助于减少环境影响并提高养分利用效率（Phung等人，2023a年；Guo和Wang，2021年）。日本是全球处理后SS的最大使用国，使用率为70%（Balkrishna等人，2025年），农业中使用SS的平均比例为15%（Yoshida，2025年）。此外，日本的可持续食品系统国家战略（MIDORI）旨在到2030年将无机肥料的使用量减少20%，到2050年减少30%，同时提高肥料使用效率（MAFF，2023年；Karasawa，2025年；MOEJ，2024年）。此外， dent玉米因其高蛋白质（约10.4%）和淀粉（约72.2%）含量而受到日本畜牧养殖户的欢迎（NHK，2023年），使其成为有价值的饲料（国家研究委员会，2001年；OSU和Corn，2025年）。然而，低蛋白质玉米的使用需要昂贵的蛋白质补充剂或合成氨基酸（Dei，2017年）。
在日本，玉米种植面积和产量从2014/2015年度的不到500公顷和2000公吨增加到2023/2024年度的2500公顷和约13,000公吨（美国农业部，2025年），仅次于牧草（2021年为8000吨）（Fujibayashi，2023年）。尽管如此，该国仍然依赖进口玉米，尤其是来自加拿大、越南和西班牙的玉米（Fujibayashi，2023年）。因此，使用CSS和LC等可持续投入的本地生产的玉米可以降低成本，增强饲料安全，并促进环境可持续性，例如使用CSS和猪粪可以将玉米田的温室气体排放量减少33-55%（NHK，2023年；Ozawa等人，2023年）。
根据Takakai等人（2018年）的研究，种植dent玉米有助于提高日本的饲料自给率，尤其是通过将以前用于水稻的田地改作旱地农业。这一点尤为重要，因为水稻田占日本总耕地面积（423.9万公顷）的约230万公顷（MAFF，2025a年）。玉米占全球耕地的14%和合成氮肥料使用的17.8%（Adalibieke等人，2023年；Rodríguez等人，2024年；zcfertilizer，2023年），氮缺乏会导致作物生长受阻，过量氮会损害环境并延缓玉米成熟（Zebarth等人，2006年）。因此，需要尽量减少氮的损失，并最大化植物对氮的吸收。一些研究表明，将氮肥施用在玉米出苗前和V6生长阶段可以有效地减少氮损失并提高氮的利用效率（Brugler等人，2025年）。他们强调，这种方法应被视为一种潜在的智能气候策略，用于可持续的玉米生产。
虽然已有研究单独评估了CSS或沼气浆液在作物生产中的应用（Phung等人，2023a年；Guo和Wang，2021年；Alface等人，2025年；Mdlambuzi等人，2021年），但之前已有研究结合了CSS和液态浓缩物的施肥方法，包括分次施用液态浓缩物（Phung等人，2023a年），而在玉米田中的田间研究也考察了污水处理污泥或CSS对作物产量、氮利用效率和土壤反应的影响（Koutroubas等人，2023年；Dimande等人，2025年；Elias等人，2026年；Prates等人，2022年）。然而，据我们所知，还没有可获取的同行评审的田间研究评估过在dent玉米的V4、V6和VT生长阶段同时施用CSS与NPK基础肥料和分次施用液态浓缩物的具体组合效果。因此，本研究的新颖之处在于其针对特定作物和施用计划的田间设计。鉴于CSS提供缓慢但持续的氮矿化作用，而液态浓缩物提供易于利用的铵态氮，我们假设它们的联合施用将提高生长季节的氮可用性，增强氮向谷物的转移，并增加玉米籽粒中的蛋白质含量，从而减少对合成肥料的依赖。因此，本研究评估了在关键生长阶段将CSS作为基础肥料与分次施用的液态浓缩物结合使用于dent玉米中的田间效果，作为一种减少对化学肥料依赖的潜在方法，并填补了这一知识空白。具体来说，我们进一步假设这种有机肥料的联合施用将提高氮的吸收，维持或提高玉米产量和籽粒蛋白质含量，并在田间条件下保持土壤质量。
章节摘录
研究区域和肥料
实验在日本山形大学的Takasaka农场的沙壤土上进行。该地点位于日本东北部的山形县，靠近日本海（DEGAM Tsuruoka Tourism Bureau，2025年）。2024年6月至9月的日降水量表明夏季降雨量较大。2024年玉米种植期间的最大降雨量出现在7月，6月、7月、8月和9月的降雨量分别为……
谷物产量和蛋白质含量
ANCOVA模型结果（表2）显示，玉米产量（调整至15.5%水分）对基础肥料、液态浓缩物追肥及其相互作用或淤泥协变量没有显著响应（p>0.05）。不同液态浓缩物水平的平均产量分别为0、100和200公斤/公顷时，分别为10.0吨/公顷、10.4吨/公顷和11.1吨/公顷。尽管统计上不显著，但NPK-LC100处理组的产量比NPK-LC0（10.0吨/公顷）增加了15.5%，而CSS-LC100处理组的产量减少了7.9%（表S15）。
……
结论
在这项单地点、单季节的研究条件下，各处理组之间的谷物产量没有显著差异。较高的液态浓缩物施用量增加了谷物蛋白质含量、秸秆生物量和茎秆氮的吸收量。最高的液态浓缩物施用量（200公斤/公顷）使玉米籽粒蛋白质含量比单独使用基础肥料增加了11.0%，从而提高了dent玉米的饲料质量。同样的液态浓缩物施用量还使秸秆产量增加了19.6%，茎秆氮的吸收量增加了32.4%。
CRediT作者贡献声明
Jean Claude Tuyisenge：撰写——初稿、可视化、验证、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。Luc Duc Phung：撰写——审阅与编辑、验证、软件、资源管理、方法论、概念化。Hiroki Matsuyama：资源管理、方法论、概念化。Shuji Urakawa：资源管理、方法论、概念化。Toru Watanabe：撰写——审阅与编辑、验证、监督、软件、资源管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了日本环境厅的环境恢复与保护机构的环境研究和技术开发基金（JPMEERF20233005）的支持。
作者感谢日本政府，特别是日本国际协力机构，为第一作者提供了农业安全研究网络（Agri-Net）的奖学金，以支持其博士研究。英文编辑工作由……
Jean Claude Tuyisenge|Luc Duc Phung|Hiroki Matsuyama|Shuji Urakawa|Toru Watanabe
