《Agronomy》：Using Organic Residues for Fertilization in Maize–Ryegrass Rotations to Enhance Circular Agriculture
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对可持续农业实践需求的日益增长，推动了将源自废弃物流的有机肥料作为矿物肥料替代品的广泛兴趣。研究人员在一项试点试验中评估了在连续两年玉米与意大利黑麦草（Italian ryegrass）轮作中，使用原料沼液（raw digestate）、堆肥沼渣（compos
对可持续农业实践需求的日益增长，推动了将源自废弃物流的有机肥料作为矿物肥料替代品的广泛兴趣。研究人员在一项试点试验中评估了在连续两年玉米与意大利黑麦草（Italian ryegrass）轮作中，使用原料沼液（raw digestate）、堆肥沼渣（composted digestate）和堆肥污水污泥（composted sewage sludge）的有效性。通过评估作物产量、饲草品质和土壤理化性质，以确定这些回收有机氮源的潜力。两种饲草物种的结果存在差异。在玉米中，有机肥料维持了与化学施肥相当的产量和饲草品质，而堆肥污水污泥显著增加了平均株高。这些发现表明，回收有机改良剂可部分或完全替代矿物氮（N）肥料，在循环经济框架内促进养分回收和废弃物资源化。相比之下，意大利黑麦草在有机施肥下产量低于化学施肥，提示可能需要额外管理策略以优化该作物的养分有效性。此外，原料沼液施用倾向于提高土壤pH，可能对后续作物有益。总体而言，结果表明沼渣和污泥基肥料是玉米表现的潜在替代品，但其在意大利黑麦草中的有效性需附加策略。
研究背景与立项依据
在可持续农业需求驱动下，将厌氧消化副产物沼渣（digestate）及污水污泥堆肥（sewage sludge compost）等有机残渣转化为肥料，已成为循环农业与养分回收的重要方向。沼渣含氮（N）、磷（P）、钾（K）及稳定有机质，堆肥处理可提升其腐熟度与持水性，但堆肥过程伴随氮素挥发损失；污水污泥堆肥则具缓释氮特性，但可能引入Cu、Zn、Pb等重金属累积风险。现有田间证据多聚焦单季作物，关于玉米（Zea mays L.）-意大利黑麦草（Lolium multiflorum Lam.）周年轮作体系下不同有机氮源替代矿物氮的对比数据在温带海洋性气候区仍有限。为此，研究人员假设在饲草轮作中沼渣与污泥可替代矿物氮且维持生产力，于西班牙Grado的SERIDA试验农场开展两年（2023-2024、2024-2025）定位试验，以验证有机残渣肥力等效性并评估土壤遗留效应。
主要技术方法概述
研究人员在西班牙北部温带海洋性气候区Fluventic Humic Dystrudept土壤（USDA分类）布置随机完全区组设计，设4处理（Ct矿物肥对照、FD原料牛粪沼液、CD沼渣+修剪残体2:1堆肥、CS污水污泥堆肥），每处理3重复、小区16 m2，玉米与黑麦草连作两轮。有机处理按等值总氮投入校准（玉米150 kg N ha?1，黑麦草基肥30 kg N ha?1+两次追肥各60 kg N ha?1），磷不补施，钾不足时统一用硫酸钾补齐。形态指标（株高、穗位高、单株重、穗/叶比重）、饲草品质（近红外光谱NIRS测粗蛋白CP、中性洗涤纤维NDF、酸性洗涤纤维ADF、淀粉、可消化有机质DOM、代谢能ME）及土壤理化（pH、电导率EC、Olsen P、ICP-MS测阳离子、Dumas总氮、氧化还原滴定有机质）均按ISO 17025流程分析；统计采用R中两因素ANOVA或Aligned Rank Transform非参模型，Tukey HSD事后检验，显著性阈值p<0.05。
研究结果
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Results（结果）
肥料表征：FD干物质（DM）226.5 g kg?1，CD与CS约555 g kg?1；CD氮磷钙最高（N 31.5、P 22.4、Ca 55.7 g kg?1），CS钾最高（16.6 g kg?1）；CD中Fe、Zn、Cu及Cr、As、Pb、Cd、Hg等痕量元素因堆肥浓缩效应偏高，Pb达130 mg kg?1接近欧盟上限。
玉米形态与产量：仅株高处理间显著（p<0.001），CS最高3.12 m，Ct/FD/CD为2.82-2.91 m；穗位高、单株重、穗叶分配比无差异。籽粒期干物质产量16.41（CD）-21.81（CS）Mg ha?1，处理效应不显著（p=0.255）。饲品质性状（DM、灰分、CP约63 vs Ct 73.74 g kg?1、NDF、ADF、淀粉、DOM、ME）均无显著差异；CP产量CD最低（0.97 Mg ha?1，p=0.042），ME产量无差异。
意大利黑麦草响应：累计产量Ct 10.68 Mg ha?1显著最高，FD 8.05、CS 7.78、CD 6.33（p<0.001）；有机处理DM浓度更高，但Ash、CP、ADF显著低于Ct，NDF/DOM/ME无差异；CP产量Ct 1.48 Mg ha?1 vs 有机0.62-0.84，ME产量Ct 123.63 GJ ha?1 vs 有机73.53-94.82（均p<0.001）。证明有机氮释放速率与黑麦草快速生长需氮错配。
土壤理化遗留：两年后非盐砂壤质不变；pH呈趋中性趋势（FD最明显，p=0.05）；K在Ct/FD/CD显著上升（p=0.002），CS反降；Mg在FD升、Ct降（p=0.007）；Na由432降至18-27 mg kg?1（p=0.029）；TOC/OM数值降但无统计差异。有机肥未致负面土壤效应。
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Discussion（讨论）与5. Conclusions（结论）浓缩
讨论指出，堆肥提升DM与元素浓缩度，CD中Cu/Zn达标但Pb临界、长期施用需监测溯源；玉米中有机氮可等效替代矿物氮，CS因缓释与土壤改良促株高；黑麦草减产源于有机氮矿化慢于需氮高峰，建议有机-无机配施或调整施用期；堆肥沼渣未显优于原料沼液，反因缓释在当季偏弱；土壤Na下降受淋溶主导而非肥源，Mg动态反映有机阳离子补给；短期TOC降因矿化大于输入。结论明确：有机残渣肥在玉米轮作中可部分/完全替矿物氮且不改饲草品质，CS显著提升株高；黑麦草需补充管理策略；短期土壤理化无劣化，沼液趋中性pH有利后作；研究属初步结果，需长期大区试验核验重金属累积与微生物指标。
该文发表于《Agronomy》，为温带饲草轮作下有机残渣替代矿物氮提供了田间实证，对畜牧系统养分闭环与废弃物资源化具直接支撑价值。
