探索鸟粪石在菊苣无土栽培中的施肥潜力：可持续农业的新希望

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Exploring the Potential of Struvite as a Partial Fertilization Component for Endive (Cichorium endivia L.) in Soilless Cultivation

为解决无土栽培依赖合成肥料、磷资源有限及环境污染等问题，研究人员开展了以鸟粪石（MgNH4?(PO4?)3??6H2?O）替代磷肥用于菊苣（Cichorium endivia L.）无土栽培的研究。结果表明鸟粪石可替代传统磷肥，高施用量能促进植物生长，该研究为可持续农业提供了新方向。

　　在当今世界，人口增长使粮食安全问题愈发突出，农业生产面临巨大挑战。一方面，为满足不断增长的人口需求，现代集约化农业大量使用化肥，这虽提高了产量，但也带来诸多弊端。过多的化肥通过径流和淋溶进入土壤和水体，破坏生态系统平衡，还可能导致农产品中硝酸盐积累，危害人体健康。另一方面，农业对磷（P）的需求持续攀升，而磷源主要依赖有限且不可再生的磷矿资源，加上气候变化导致磷流失加剧，磷资源短缺问题日益严重。同时，废水中的磷排放又会引发水体富营养化，进一步破坏水生生态环境。在这样的背景下，寻找可持续的农业生产方式、实现养分的有效回收和利用迫在眉睫。

为解决这些难题，塞浦路斯理工大学的研究人员开展了一项极具意义的研究，旨在评估利用厌氧处理的畜禽粪便消化液生产的鸟粪石，作为磷肥完全替代品用于菊苣无土栽培的可行性。该研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先进行了盆栽实验，以泥炭为生长介质，设置了 7 种施肥处理组，包括不施肥（NoFert）、标准 NPK 施肥（Fert）、不同比例添加鸟粪石（St1、St2、St5）以及在 Fert 和 St1 基础上添加额外施肥（Fert + FCo、St1 + FSt）处理。实验过程中，对植物生长和生理参数、抗氧化能力、养分积累、农产品品质和储存等多方面指标进行测定。例如，通过 OptiSci OS - 30p 叶绿素荧光仪测定Fv?Fm?1?，使用 SPAD - 502PLUS 测定土壤植物分析发展（SPAD）值评估叶片叶绿素含量；运用多种生化分析方法测定总酚、类黄酮、抗坏血酸含量及抗氧化活性等。

在研究结果方面：

• 生长介质特性：添加鸟粪石会影响生长介质的理化性质。在种植前，添加鸟粪石使基质 pH 升高，EC 值、N、P、K 含量也相应增加。种植后，不同处理的基质性质发生变化，如 St5 处理的有机 matter 含量最高，St2 和 St5 处理的 pH 较高，补充施肥影响了 EC 值及各养分含量12。
• 菊苣植物生长：不同施肥方案对菊苣生长影响显著。St5 和 Fert + FCo 处理下，植物的 SPAD 和Fv?Fm?1?值最高，叶片数量增加。Fert + FCo 处理使植株高度和叶片鲜重显著增加，高剂量鸟粪石（St2、St5）能提高叶片鲜重，但对植株高度影响不明显。补充鸟粪石施肥（St1 + FSt）未显著改善植物生长34。
• 生理参数：施肥处理影响菊苣的生理指标。在收获前，St5 和 Fert + FCo 处理的植株叶绿素（Chl a、Chl b 和总 Chl）和类胡萝卜素含量较高；NoFert 处理的 Chl a: Chl b 比值最高。储存 6 天后，St5 和 Fert + FCo 处理的叶绿素含量仍保持较高水平56。
• 总酚含量、类黄酮、抗坏血酸和抗氧化能力：收获前，St5 处理使植物抗氧化机制水平降低，而 St1 + FSt 处理则提高了酚类、抗氧化剂和类黄酮含量，增加了抗坏血酸含量。储存后，St5 和 Fert + FCo 处理的总酚含量和抗氧化能力降低，St1 + FSt 处理的抗坏血酸含量最高78。
• 过氧化氢和脂质过氧化：收获前，NoFert 处理的植株H2?O2?和丙二醛（MDA）含量增加，St5 和 Fert + FCo 处理的H2?O2?产量最低，Fert + FCo 处理的 MDA 含量最低。储存后，NoFert 处理的 MDA 和H2?O2?含量最高，表明其应激反应最强910。
• 叶片和根的养分含量：不同施肥处理显著影响菊苣的养分积累。NoFert 处理的植株叶片和根的 N、P、K 含量较低。St5 和 Fert + FCo 处理使叶片 N 含量增加，St5 处理使叶片和根的 P 含量最高，St1 + FSt 处理使根的 K 含量最高，St5 和 Fert + FCo 处理使叶片 Na 含量增加11。
• 菊苣呼吸速率、总可溶性固形物、总酸度和甜度：收获前，St5 和 Fert + FCo 处理的植株呼吸速率增加，NoFert 处理的总可溶性固形物（TSS）和总酸度（TA）最高，St1 处理的 TSS/TA 比值最高。储存后，NoFert 处理的呼吸速率显著增加，TSS 值升高，St5 和 Fert + FCo 处理的 TA 增加1213。
• 菊苣失重和感官评价：储存 6 天后，St5 处理的植株外观评分最高，St1 处理的香气评分最高，St5 处理的可销售性评分最高，各处理间失重率无显著差异14。

综合研究结果和讨论，该研究表明鸟粪石在菊苣无土栽培中具有替代传统磷肥的潜力。基础用量的鸟粪石（完全替代三过磷酸钙）与传统施肥产量相似，2 倍和 5 倍用量的鸟粪石能促进植物生长。在抗氧化活性方面，基础用量鸟粪石与传统施肥效果相近，但会导致氧化应激增加，不过高剂量鸟粪石可缓解这一问题。此外，鸟粪石能增强植物对磷和氮的吸收，且在冷藏后，使用鸟粪石种植的菊苣与传统施肥种植的菊苣表现相当。然而，研究也指出，要确保鸟粪石在无土栽培系统中的有效性，还需进一步优化其施肥应用。未来研究可聚焦于不同植物物种对鸟粪石的响应、其在无土栽培中的溶解动态以及施肥溶液的优化等方面。这一研究为可持续农业发展提供了新的思路和方向，有助于减少对传统化肥的依赖，推动农业向更加环保、高效的方向迈进。