昆虫排泄物（Insect Frass）与家禽粪便（Poultry Manure）对两种茄子（Solanum melongena L.）栽培土壤中大量及微量营养元素有效性的影响

《Journal of Environmental Management》：Impact of insect frass and poultry manure on macro- and trace nutrient availability in two soils cultivated with eggplant (Solanum melongena L.)

　　

研究人员探究了昆虫排泄物（Insect Frass）与家禽粪便（Poultry Manure, PM）对大量营养元素（N、P、K）及微量元素（Trace Elements, TEs；Zn、Fe、Cu）有效性的影响——这是首次在可食用植物中针对添加排泄物改良土壤进行的相关研究。研究采用90天盆栽试验，以两种茄子品种（Tsakoniki和Lagada）为供试作物，分别在壤土和砂土中设置0.5%（0.5F）和1%（1.0F）的排泄物处理，以及2.5%（2.5PM）和5%（5.0PM）的家禽粪便处理，同时设置阳性对照（PC；无机肥）和阴性未改良对照（NC）。研究发现，与NC（1.64%）相比，添加材料显著提升了有机碳水平；在壤土中，5.0PM处理增幅最大（3.19%）。添加PM显著增加了地上部植物生物质的Zn累积，在壤土中以2.5PM处理（Tsakoniki品种）达到峰值（Zn从NC的52.43 mg kg?1增至81.98 mg kg?1）。Fe吸收仅在壤土中于0.5F处理下增加（NC=68.75；0.5F=102.23 mg kg?1，Lagada品种）。这些发现凸显了排泄物与PM改良土壤中TEs在茄子中的差异化行为，表明需要进一步的大田研究以确认其在实际农业条件下的表现。

论文解读：昆虫排泄物与家禽粪便对茄子栽培土壤养分有效性的影响

一、研究背景与意义

食物安全与可持续性是全球关注的焦点，受污染的食物会带来健康风险。农业土壤中潜在有毒元素（Potentially Toxic Elements, PTEs）的污染日益严重，长期施用化肥、农家肥及生物固体可将PTEs引入土壤。与此同时，铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）等必需微量元素（Trace Elements, TEs）对植物代谢稳态及抗逆性至关重要，但其缺乏仍是全球性的营养挑战。有机土壤改良剂（Organic Amendments）可通过调节理化性质、提升土壤有机质（Soil Organic Matter, SOM）来调控TEs的生物有效性。昆虫排泄物（Insect Frass）作为新型有机肥，富含N、P、K，可通过吸附与络合作用影响TEs的迁移；家禽粪便（Poultry Manure, PM）亦广泛应用，但不同改良剂对可食作物-土壤系统中TEs行为的影响尚待系统研究。本研究由Grammenou等开展，发表于《Journal of Environmental Management》，旨在明确Frass与PM在两种质地土壤中对茄子大量及微量营养元素有效性与吸收积累的差异，为可持续养分管理提供依据。

二、主要关键技术方法

研究人员设计了随机区组盆栽试验，选用两种土壤：中质地壤土（Xerocept, Inceptisols）与轻质地砂土（Xerofluvent, Entisols）。供试作物为两个茄子（Solanum melongena L.）品种：Tsakoniki与Lagada。设置6个处理：阴性对照（NC，不施肥）、阳性对照（PC，无机肥12-12-17+硝酸铵）、0.5% w/v昆虫排泄物（0.5F）、1% w/v昆虫排泄物（1.0F）、2.5% w/v PM（2.5PM）、5% w/v PM（5.0PM）。每处理每品种每土壤类型10次重复，共240盆。排泄物分两次施入，PM一次性施入。生长90天后采样。土壤测定：pH、电导率（EC）、有机碳（OC，重铬酸钾氧化法）、NO₃-N（KCl提取-UV）、有效磷（Olsen-P，NaHCO₃提取）、交换性K（乙酸铵提取-火焰光度法）、DTPA提取态TEs（Zn、Fe、Cu，原子吸收光谱AAS）。植物组织：干灰化-HCl提取，测N（凯氏定氮）、P、K及TEs（AAS）。计算生物富集系数（Bioaccumulation Factor, BAF）=植物组织TE浓度/土壤DTPA提取态TE浓度。数据采用双因素ANOVA与Duncan多重检验（SPSS 26，p<0.05）。

三、研究结果

3.1 土壤性质

所有有机改良剂均降低土壤pH（相对于NC与PC），在砂土中降幅更明显，5.0PM最低（Tsakoniki砂土6.91）。酸化可能与有机酸、CO₂释放及PM中NH₄⁺硝化产H⁺有关。EC值显著上升，PM处理更高（如Tsakoniki壤土2.5PM达564 μS cm^?1），反映可溶性离子增加。有机碳（OC%）显著提升，5.0PM在壤土中最高（Tsakoniki 2.96%，Lagada 3.19%），砂土中也有提升，证实改良剂提升土壤肥力基础。

3.2 土壤养分浓度

土壤NO₃-N、有效P、交换性K均随改良剂用量增加而上升。PM效果最强，5.0PM在壤土中NO₃-N可达81.92（Tsakoniki）与97.78 mg kg^?1（Lagada）。砂土P提取量甚至高于壤土（品种间一致），可能与砂土对P的吸附固定较弱有关。K在壤土中本底较高，改良后进一步提升，5.0PM在Tsakoniki壤土达323.29 mg kg^?1。

3.3 植物养分浓度

地上部N%：PM与部分Frass处理高于对照，5.0PM在Tsakoniki壤土最高（2.87%）。砂土中PC有时偏低。植物P浓度变化复杂：在Tsakoniki砂土中，Frass（0.5F、1.0F）反而提升组织P；而多数PM处理降低了组织P，尽管土壤P升高，可能与根际阴离子竞争及生理调控有关。K在植物组织中普遍提升，尤其2.5PM与5.0PM，以及Tsakoniki中1.0F；壤土总体高于砂土。

3.4 土壤DTPA提取态TEs

DTPA-Zn：PM显著提升两土壤提取态Zn，5.0PM在Tsakoniki壤土达22.01 mg kg^?1；Lagada中1.0F、PM均提升。DTPA-Fe：仅在壤土中上升，0.5F与5.0PM明显（Tsakoniki 1.0F 11.74 mg kg^?1；Lagada 5.0PM 17.77 mg kg^?1），砂土变化不显著。DTPA-Cu：在壤土中1.0F、2.5PM、5.0PM提升（Tsakoniki），砂土仅5.0PM有提升趋势。

3.5 植物地上部TE浓度

Zn：在Tsakoniki中，所有处理在壤土均高于对照，2.5PM最高（81.98 mg kg^?1）；砂土中0.5F、2.5PM、5.0PM提升。Lagada中，壤土5.0PM最高（67.46 mg kg^?1），1.0F略低；砂土中Frass与PM提升Zn。Fe：仅Lagada在壤土0.5F显著提升（102.23 vs NC 68.75 mg kg^?1）；其余差异不显著。Cu：所有植物样品均未检出，可能与形成稳定有机结合态及低生物有效性有关。

3.6 BAF指数

Zn-BAF：Tsakoniki砂土中5.0PM降低BAF（2.99 vs 对照~17），壤土处理效应不显著；Lagada砂土中1.0F、PM降低BAF，壤土5.0PM有下降趋势，说明土壤Zn提升幅度大于植物累积增幅。Fe-BAF：Tsakoniki中1.0F与5.0PM在壤土降低BAF（8.16、7.58 vs NC 33.5），砂土整体更高；Lagada仅砂土5.0PM提升Fe-BAF，其余不显著。

四、讨论总结与结论翻译

讨论指出，有机改良剂改变土壤pH、EC与OC%，但pH多下降，源于分解产酸与硝化过程，砂土缓冲弱变化更大。EC上升以PM更甚，需注意盐渍化风险。OC提升以5.0PM最明显。PM是提升土壤NO₃-N与植物N的有效材料，壤土保氮更强；Frass虽土壤N增幅中等，但仍提升植物N与P（Tsakoniki中）。土壤P升高并不总对应植物P升高，PM下可能存根际离子竞争；Frass则可能在砂土中通过不同机制提高P效率。K普遍提升，壤土阳离子保持力更强。

DTPA-TEs提升主要来自PM的溶解有机质（DOM）络合及pH下降促进解吸；Frass也在部分处理提升Fe、Zn。植物Zn累积增加，利于生物强化（biofortification），但需注意潜在转移与毒害。Cu未检出于植物，因其紧密结合于有机质。BAF受土壤提取量基数影响，PM虽提升植物Zn但土壤有效Zn升幅更大，故BAF降。

研究结论部分翻译：

有机土壤改良剂（排泄物与PM）的应用对土壤肥力与质量具正向效应。这些材料是土壤有机碳的重要来源，从而提升大量及微量营养元素的有效性与吸收。其中，PM在提升土壤NO₃-N及植物地上部N方面最为有效。反之，排泄物的养分效率适中，主要影响土壤P与K水平。尽管供试土壤未高度富集TEs，添加有机物料仍显著改善了土壤Zn与Cu的有效形态，进而提升生产力与植物营养。PM效应最强，导致植物Zn吸收增加。结果凸显了土壤类型与有机改良剂应用间的复杂性。虽然有机物可提升甚至未污染土壤中TEs的有效性，但需注意植物毒害及元素向可食部位的潜在转移风险。总体而言，土壤养分有效性并不直接等同于植物吸收，P尤为典型。有必要在田间条件下进一步研究这些土壤改良剂的实用性与适用性。此外，建议通过分析可食部位评估其对人类健康的潜在影响。