引言
粮食安全是国家安全的重要基石。肥料作为"粮食的粮食"，在保障丰收和稳定增产方面发挥着不可替代的作用。由畜禽粪便和农作物秸秆等农业废弃物堆肥生产的有机肥料具有养分循环和固碳减排的双重效益（Pajura, 2024, Valverde-Orozco 等, 2024）。然而，堆肥产品能否安全还田从根本上取决于其腐熟度（Ding and Wu, 2025）。腐熟度不足的堆肥含有多种植物毒性物质（Gao 等, 2024, Wang 等, 2024）。一旦施入农田，可抑制种子发芽、幼苗生长，甚至影响作物的整个生长周期，不仅造成直接经济损失，还通过食物链对生态系统健康造成潜在危害，从而严重限制有机肥料的安全利用（Vizhimalar 等, 2022, Young 等, 2016）。
植物早期生长阶段包括种子发芽和幼苗生长（Gommers and Monte, 2018）。值得注意的是，在现有标准中，种子发芽指数（GI）作为评估堆肥腐熟度的指标，但其仅反映了种子在黑暗条件下短期急性植物毒性的反应（Bernal 等, 1998, Xie 等, 2026）。幼苗生长是决定植物能否成功完成整个生命周期的关键早期阶段（Liu 等, 2022, Stefanello 等, 2026），目前尚未被纳入堆肥腐熟度的生物评价体系。
堆肥对植物生长的抑制作用主要由植物毒性因子的浓度决定（Said-Pullicino 等, 2007, Young 等, 2016）。堆肥有机物的矿化作用和腐殖化作用会产生大量有机酸、酚酸、芳香族化合物以及NH4+和NO3?等无机盐离子（Kong 等, 2022）。这些物质在低浓度下可以促进植物生长，而在高浓度下则会抑制种子发芽和幼苗生长（Carvalho 等, 2023, Puntel 等, 2026），表明植物毒性物质与种子发芽行为之间存在定量关系。此前对鸡粪堆肥的研究表明，随着堆肥过程的进行，浸提液的离子浓度持续增加，而堆肥后期GI下降（Wang 等, 2022a, Wang 等, 2022b）。因此推测，GI的下降与离子浓度的增加密切相关。尽管现行《有机肥料》标准（NY/T 525–2021）对成熟堆肥的pH值（5.5–8.5）和电导率（EC < 4 mS/cm）设定了限值，但未提供特定植物毒性物质的安全浓度阈值。
作为一个复杂体系，堆肥中混合植物毒性的相互作用和强度明显依赖于暴露时间，忽视时间因素很容易导致风险评估偏差（Bai 等, 2024, Schunck and Liess, 2022）。因此，有必要延长植物生长观察期，系统研究从种子发芽到幼苗生长的整个早期阶段对堆肥植物毒性的响应，从而明确关键植物毒性物质的阈值。
先前的研究大多集中在植物毒性物质与种子发芽之间的相关性。此外，关键植物毒性物质的识别和优先级、浓度阈值及相互作用等方面仍知之甚少（Ansari 等, 2021, El Glauoi 等, 2020, Milon 等, 2022）。为弥补这些空白，本研究利用随机森林分析系统识别了影响种子发芽和幼苗生长的主要植物毒性因子，通过单因素和响应面实验确定了其安全浓度阈值，并阐明了其交互作用。研究结果为完善堆肥腐熟度评价标准、确保有机肥料的安全农业应用提供了科学依据，从而为粮食安全和可持续农业做出贡献。
