使用处理过的猪粪浆作为玉米矿物磷基肥的替代品：对早期植物生长和土壤性质的影响

《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Using treated pig slurry as substitute of mineral-P basal fertilization of maize: effects on early plant growth and soil properties

　　

动物粪浆的农业价值化在某些国家被视为优先事项，但该实践需在最小化潜在环境影响、改善土壤质量且不降低生产力的前提下进行。一项温室实验采用了一种薄层砂质土（Haplic Arenosol），施以原始猪粪浆及其通过固液分离和酸化（pH 5.3–5.4）获得的材料，评估仅通过有机材料（140 kg P₂O₅/ha）进行玉米（Zea mays L.）基肥磷（P）施用的效果，同时用矿物肥料平衡氮（N）施用量。源自猪粪浆的肥料富含其他必需营养元素，比矿物肥料产生了显著更大的生物量，并促进了更快的早期植物生长。最佳表现来自原始猪粪浆、酸化猪粪浆及其酸化液体部分，突出了酸化对养分有效性的益处。在评估的生长阶段（约100 cm）内，仅由有机材料供应的磷足以维持植物生长。尽管叶片磷浓度显著低于矿物磷对照，但仍处于正常范围内。然而，由于有机处理中较高的生物量，施用猪粪浆部分的植物所输出的总磷，绝对值上高于或等于矿物磷施肥对照。两种肥料均创造了富营养条件，似乎在生长阶段抑制了与本地丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）建立功能性共生，而在未施肥的对照植物中观察到这种共生的证据。单次施用猪粪浆衍生材料未能有效提高土壤有机质（OM）含量，但观察到有机肥料施用刺激了某些土壤酶，即脱氢酶、β-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性，尤其反映了固体有机质和猪粪浆酸化对整体微生物代谢的综合正面效应。

论文解读文章

**研究背景、问题与意义**
随着全球人口增长，农业集约化导致对合成肥料依赖增加，同时畜牧业产生大量粪浆，带来环境污染风险。猪粪浆作为矿物肥料的替代品具有潜力，但需避免过量磷（P）输入导致土壤富营养化。现有策略常以作物氮（N）需求指导粪浆施用，导致磷累积。本研究旨在评估用猪粪浆基肥料（经酸化、固液分离处理）替代玉米基肥中的矿物磷，分析其对早期生长、植物营养、土壤理化及生化性质的影响，以及根际菌根定殖。论文发表在《Frontiers in Sustainable Food Systems》。

**关键方法**
研究人员在温室盆栽实验中，采用薄层砂质土（Haplic Arenosol，采集自葡萄牙Alcochete），设置6种猪粪浆衍生材料（原始猪粪浆PS、液体部分PS_L、固体部分PS_S、酸化猪粪浆aPS、酸化液体部分aPS_L、酸化固体部分aPS_S），以140 kg P₂O₅/ha的磷量施入，并用矿物氮肥平衡总氮至395 kg N/ha。同时设置矿物磷氮对照（NP）和未施肥对照（Control）。每处理4重复，玉米生长60天后收获，测定植物生物量、养分浓度、磷氮输出、土壤理化性质、酶活性（脱氢酶、β-葡萄糖苷酶、酸性磷酸酶）及丛枝菌根真菌（AMF）根定殖率。

**研究结果**

**3.1 处理对猪粪浆特性的影响**
固液分离获得富氮钾的液体部分和富磷有机质的固体部分。酸化（pH 5.3–5.4）使液体部分磷含量提高约4.6倍，并增加硫、铜、锌等元素。酸化液体部分（aPS_L）的N_min/N_total ≥ 90%，符合RENURE标准，可豁免硝酸盐脆弱区施用限制。

**3.2 猪粪浆基施肥对植物参数的影响**
有机肥料处理（PS、PS_S、aPS、aPS_L、aPS_S）的根和地上部干生物量、株高、叶片数显著高于矿物NP处理及对照（p ≤ 0.05）。叶绿素相对指数除aPS_S外无显著差异，aPS_S因全氮来自有机肥导致氮有效性较低。叶片磷浓度在有机处理中虽低于矿物对照，但仍处于正常范围（2.5–4.5 g/kg DM）。由于有机处理生物量更高，磷总输出量（绝对值）在PS_S和aPS_L处理中显著高于矿物对照。氮磷表观回收率（ARF）以矿物处理最高，有机处理中PS_S和aPS_L的磷回收率较高，aPS_S最低。

**3.3 猪粪浆基施肥对土壤理化性质的影响**
矿物NP处理导致土壤pH显著下降至≤4.5，电导率（EC）升高10倍，而有机处理pH与对照无显著差异，EC较低。有机质（OM）含量在单次施用后无显著增加。土壤有效磷和钾在各处理间无显著差异。矿物NP处理土壤总硫含量最高，有机处理中酸化液体部分（aPS_L）提高了土壤矿质氮（N_min）。酸化固体部分（aPS_S）显著提高了土壤有效铜、锌、锰含量，但所有处理锰和硼水平仍处于极低水平。

**3.4 猪粪浆基施肥对土壤生化性质的影响**
脱氢酶活性在酸化固体部分（aPS_S）处理中显著高于PS、aPS_L、NP及对照，反映固体有机质与酸化的联合效应。β-葡萄糖苷酶活性在PS_S处理中最高，与PS、aPS、aPS_S无显著差异，而aPS_L最低。酸性磷酸酶活性在有机处理中显著高于对照，尤其是PS_S和aPS处理。

**3.5 猪粪浆基施肥对菌根根定殖的影响**
仅在未施肥对照植物的根中观察到丛枝菌根真菌（AMF）定殖（≤10%），而所有施肥处理（有机或矿物）均未检测到定殖，表明富营养条件抑制了共生建立。

**讨论与结论**
讨论部分指出，固液分离和酸化有效重新分配养分，酸化提高磷可溶性并增加硫等元素。有机肥料提供额外宏微量元素，促进生物量优于矿物肥。氮磷回收率差异反映矿物氮的即时有效性。土壤酶活性受有机质类型和酸化影响，固体部分促进碳磷循环酶。菌根定殖受抑制源于高养分环境。结论部分翻译如下：
本研究中，用不同猪粪浆衍生材料进行玉米基肥磷施用，在低有机质但高基线磷水平的土壤中，实现了显著高于矿物肥料的生物量和株高叶片数（早期生长阶段，约100 cm）。最佳植物生长表现来自原始猪粪浆、酸化猪粪浆及其酸化液体部分，归因于其提供额外养分。单次施用未能有效提高土壤有机质，但刺激了脱氢酶、β-葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶活性，尤其酸化固体部分效果显著。有机或矿物肥料均创造了富营养环境，抑制了本地丛枝菌根真菌的根定殖，而在未施肥植物中观察到活跃的共生关系。