《Horticulturae》：Economic Efficiency of Investment in Lettuce Production Using Organic Fertilizer from Aquaculture Waste
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本研究评估了两种由渔业废弃物制备的生物堆肥（分别含或不含生物炭）在不同施用量下对生菜生长的影响，并对利用这些材料进行小规模生菜生产的经济可行性进行了评估。研究采用完全随机2×4因子设计，包含两种生物堆肥类型（含与不含生物炭）和四个施用水平（0、25、50和10
本研究评估了两种由渔业废弃物制备的生物堆肥（分别含或不含生物炭）在不同施用量下对生菜生长的影响，并对利用这些材料进行小规模生菜生产的经济可行性进行了评估。研究采用完全随机2×4因子设计，包含两种生物堆肥类型（含与不含生物炭）和四个施用水平（0、25、50和100 g/2 kg土壤），每处理设置四次重复。生菜生长在30天内根据植株重量和长度、地上部生物量和长度、根系重量和长度以及干物质含量进行评估。施用水平对植株总重量和长度、地上部生物量和长度以及根长度均有显著影响（p < 0.05）。100 g施用水平获得最高的平均植株总重量（208.85 g）和地上部生物量（167.31 g），与未处理对照相比分别增加了207.8%和248.3%。该水平下的平均地上部长度也最大（20.13 cm），而根长度在25 g水平下最大（25.73 cm）。生物堆肥类型显著影响根重量和干物质含量，不含生物炭处理下的平均根重量（24.61 g）和干物质含量（88.33%）均高于含生物炭处理（分别为18.71 g和86.73%）。基于96 m2温室生菜生产的经济分析表明，该项目在经济上可行，其等效年度均匀值（EAUV）为545.67美元，盈利指数（PI）为1.86，效益成本比（BCR）为1.50。敏感性分析显示，生菜销售价格是项目盈利能力的主要决定因素，占净现值（NPV）模型变异的99.5%。这些研究结果表明，渔业废弃物来源的生物堆肥在生菜生产中具有应用潜力，但其经济成功在很大程度上依赖于维持有利的市场价格。
**一、研究背景与问题提出**
随着全球水产养殖业的快速发展，养殖过程中产生的大量有机废弃物已成为亟待解决的环境问题。鱼类死亡、加工残渣等废弃物若处理不当，会导致水体污染、恶臭气体排放、有害生物滋生以及人畜共患病传播风险上升。巴西作为重要的水产养殖国家，尤其是罗非鱼产业的迅速发展产生了大量鱼类废弃物，尽管鼓励原料的充分利用，但在生产和加工的不同阶段，由于卫生或保鲜条件的限制，完全利用并非总是可行的。
堆肥技术为鱼类废弃物的处理提供了一条有效途径，通过高温发酵可实现废弃物的无害化和稳定化。近年来，生物炭作为堆肥添加剂受到广泛关注，其具有高吸附容量、高阳离子交换量、大比表面积和丰富孔隙结构等特性，可改善堆肥过程并提高生物输入品质量。在巴西，生物输入品作为恢复土壤健康、降低化肥和农药等化学投入成本的手段日益受到重视。利用水产养殖废弃物堆肥制备有机肥，符合循环经济理念，可实现废弃物资源化、养分循环利用和减少环境污染的多重目标。
然而，目前关于鱼类废弃物堆肥产品对蔬菜生长影响的研究仍然有限，特别是生物炭在堆肥过程中的掺入效果缺乏系统评估。除农艺表现外，这些材料在实际生产中的经济可行性尚不明确。因此，本研究旨在评估两种鱼类废弃物堆肥（含与不含生物炭）在不同施用量下对生菜生长的影响，并对利用这些堆肥进行小规模生菜生产的经济可行性展开评估，以确定其在技术和经济上是否可作为蔬菜种植者的可行替代方案。
**二、研究内容与主要结论**
研究人员在巴西马托格罗索州南杜拉多斯市的Embrapa Agropecuária Oeste试验站开展了盆栽试验和经济学分析。试验采用完全随机2×4因子设计，包括两种堆肥类型（含与不含生物炭）和四个施用水平（0、25、50和100 g/2 kg土壤），每处理4次重复，生菜生长期为30天。经济分析则基于一个96 m2温室的小规模生菜生产情景，项目寿命设为12年，并运用多种财务指标评估投资可行性，同时采用蒙特卡洛模拟和敏感性分析评估项目风险。
研究结果表明，堆肥施用量显著影响植株总重量和长度、地上部生物量和长度以及根长度（p < 0.05）。100 g施用量处理的平均总植株重量（208.85 g）和地上部生物量（167.31 g）均为最高，较未施肥对照分别增加207.8%和248.3%；该处理的地上部平均长度亦最大（20.13 cm），而根长度在25 g处理下达到最大值（25.73 cm）。堆肥类型显著影响根重量和干物质含量，不含生物炭处理的平均根重量（24.61 g）和干物质含量（88.33%）均高于含生物炭处理（分别为18.71 g和86.73%）。经济分析显示，该项目内部收益率（IRR）为20.24%，净现值（NPV）为4471.27美元，等效年度均匀值（EAUV）为545.67美元，盈利指数（PI）为1.86，效益成本比（BCR）为1.50，折现回收期（DPP）为5.34年，修正内部收益率（MIRR）为12.08%，各项指标均满足投资可行性标准。敏感性分析表明，生菜销售价格是影响项目净现值的最主要因素，占模型变异的99.5%。
**三、研究意义**
该研究证实了水产养殖鱼类废弃物经堆肥处理后可作为生菜生产的有效有机肥料，为养殖废弃物的农业资源化利用提供了科学依据。从循环经济角度看，将鱼类废弃物转化为有价值的农业投入品，不仅降低了废弃物处置的环境负担，还减少了对外部农业投入的依赖，促进了 aquaculture 与 crop production 系统的整合。经济可行性评估为小规模农户提供了重要的决策参考，表明在保持合理市场价格的前提下，该项目具有投资吸引力。研究还揭示了对市场价格波动的高度敏感性，为生产者的风险管理策略提供了方向。该研究有助于推动更可持续、资源高效利用的农业生产系统发展。
**四、关键技术方法**
本研究采用完全随机2×4因子设计，两种堆肥类型（含与不含生物炭）与四个施用水平（0、25、50、100 g/2 kg土壤）的组合，共8个处理。堆肥原料为鱼类尸体与锯末，混合质量比为1:2.5，含生物炭处理按鱼废弃物质量的10%添加竹炭。经济评价聚焦于不含生物炭堆肥的100 g/2 kg土壤处理，生产情景为96 m2温室，年产10个周期，每周期种植800株生菜。财务指标计算采用Global CAPM/Benchmarking方法确定最小吸引率（MAR）为6.42%/年，风险分析通过@RISK 8.0软件进行100,000次蒙特卡洛模拟和敏感性分析。试验地点为巴西Embrapa Agropecuária Oeste，供试生菜品种为散叶型（Lactuca sativa L.）。
**五、研究结果**
**5.1 堆肥类型与施用量对生菜生长的影响**
增加堆肥施用量显著影响植株总重量和长度、叶片重量和长度以及根长度（p < 0.05）。根重量同时受施用水平和堆肥类型显著影响（p < 0.05）。水分和干物质含量仅受堆肥类型显著影响（p = 0.021），施用量无显著作用（p = 0.128）。施用水平与堆肥类型之间无显著交互作用。两种堆肥均促进了生菜生长，100 g施用量处理表现最优，不含生物炭堆肥处理下根重量更高，而含生物炭堆肥处理的总重量略高。
**5.2 项目初始投资与年运营成本**
项目初始投资总额为4581.93美元，其中67%用于温室建筑材料，16.80%用于土方工程和温室安装，7.92%用于灌溉系统，其余用于设备购置。年运营成本中劳动力支出占比最大（41.15%），其次为幼苗采购费（6.25%）。该成本结构表明小规模生菜生产属于劳动力密集型经营活动。
**5.3 最小吸引率（MAR）与投资可行性指标**
通过Global CAPM/Benchmarking方法计算，基于无风险利率4.69%、无杠杆贝塔系数0.73、市场预期收益率7.60%、巴西国家风险溢价1.71%和美国预期通胀率2.10%等参数，估计最小吸引率（MAR）为6.42%/年。以此作为折现率的财务分析显示，项目NPV为4471.27美元（正），IRR 20.24%（高于MAR），EAUV 545.67美元/年，PI 1.86，BCR 1.50，DPP 5.34年，MIRR 12.08%。所有指标均表明项目在经济上可行。
**5.4 风险分析**
蒙特卡洛模拟显示，模拟NPV分布的中央90%区间为2306至5522美元，该区间内NPV均为正值，说明在分析假设下项目具有经济可行性。敏感性分析发现，生菜销售价格占NPV模型方差的99.5%，是最主要的经济不确定因素；而鱼废弃物采购成本（0.5%）、电力成本（0.1%）和锯末成本（0.0%）的贡献极小。这表明市场价格波动远比运营成本变动更能影响项目经济效益。
**六、讨论总结与结论**
讨论部分指出，含生物炭堆肥中部分养分浓度较高与已有研究一致，但本研究未进行堆肥过程中的养分质量平衡测定，因此较高浓度不能直接归因于养分保留增强。生菜生长对施用量的积极响应表明有机改良剂的施用量是影响植物发育的重要因素，但土壤养分释放和矿化速率未测定，无法明确归因于缓释机制。根重对堆肥类型的不同响应说明养分浓度高并不一定导致更大根系生物量，多种因素共同影响根系发育。经济分析中，劳动力成本占比最高，实际生产中可通过自产幼苗等方式降低成本。IRR超过资本成本、NPV为正等指标一致支持项目经济可行性，但NPV对销售价格的高度敏感性提示需要实施有效的商业规划和风险管理措施。
研究结论部分可翻译为：含生物炭或不含生物炭的水产养殖废弃物堆肥均能促进生菜生长，其中100 g/2 kg土壤施用量处理的效果最佳。经济评估表明，利用不含生物炭堆肥进行小规模生菜生产，在96 m2温室和12年项目期条件下具备经济可行性，NPV为4471.27美元，IRR为20.24%，EAUV为545.67美元。投资回收期为5.34年。然而，生菜销售价格是决定项目盈利能力的首要因素，占NPV变异的99.5%。综合而言，水产养殖鱼类废弃物堆肥作为有机肥料为小规模农户提供了将废弃物转化为经济价值的可行途径，通过生菜生产实现养殖与种植系统的循环整合，有助于构建更具韧性、经济和环境可持续性的农业生产模式。未来研究可探索将该类堆肥应用于其他作物、优化生物炭掺入比例以及与其他废弃物处理方式（如厌氧消化）相结合的潜力。
