探索黑水虻虫粪肥对高玉米生长、产量以及氮素利用率的影响阅读次数 [343] 发布时间 :2024-07-30
一、研究目的
非洲大陆是地质上的不活动区域，因此导致土壤古老，风化严重，土壤里的有机物非常少。非洲地区全年都十分炎热，高温加快了细菌分解腐烂植物和腐殖质的速度，使得土壤里的肥力及水分都不易保存。
黑水虻虫粪肥（Black soldier fly frass fertilizer，BSFFF）是一种极具应用潜力的有机肥料，但是关于其影响非洲农作物生产性能的报道较少。该研究以非洲种植的农作物玉米为研究对象，分析BSFFF对玉米利用氨、玉米总磷积累量、玉米籽粒产量、秸秆产量以及对土壤中矿物氮浓度的影响。
图1 黑水虻虫粪对植物生长的影响(LopesYong and Lalander 2022)
二、结果概述
结果如下：
（1）在施用BSFFF的田块中生长的玉米植株最高，叶绿素浓度也最高；
（2）与施用相同施用量的商业有机肥（SAFI）相比，施用7.5 t ha-1（吨/公顷）BSFFF的田块玉米籽粒产量高出14%。与施用等量SAFI和尿素的田块相比，施用100 kg N ha-1（100公斤 公顷/年）BSFFF的田块玉米籽粒产量分别增加了27%和7%；
（3）与等量SAFI相比，施用7.5 t ha-1 BSFFF可以显著提高玉米对氮素的吸收，最高达23%与SAFI和尿素相比，施用100 kg N ha-1 BSFFF分别增加了玉米氮素吸收量76%和29%；在2.5 t ha-1和30 kg N ha-1的BSFFF处理下，玉米的氮素回收效率高于等量SAFI处理；
（4）使用2.5 t ha-1 BSFFF处理的玉米的氮素农学利用率（AEN）是使用等量SAFI的2.4倍。此外，使用30 kg N ha-1 BSFFF生长的玉米的AEN分别比使用等量SAFI和尿素的值高出27%和116%；
（5）BSFFF的氮素利用效率（NFE）（108%）是SAFI的2.5倍。施用2.5 t ha-1和30 kg N ha-1的BSFFF对提高玉米产量有效，而需要双倍施用量的SAFI才能达到类似效果。
结果表明BSFFF作为一种新型有机肥料，在提高玉米产量和氮素利用率方面表现出色。
三、研究方法
选取位于肯尼亚内罗毕县海拔1580米的肯雅塔大学教学示范农场（南纬1°10′59“，东经36°55′34”）进行两个季节（2019年4月至9月和2019年10月至2020年3月）的田间试验。测定试验地的土壤理化性质，选用BSFFF、商业有机肥（SAFI）和矿物氮肥料（45% 尿素）三种肥料，以玉米（H513）作为实验作物，研究BSFFF对作物生产性能影响。
四、主要结果和讨论
1. 不同类型肥料对玉米株高的影响
在短雨季，施用60 kg N ha-1 BSFFF的玉米产生了最高的植株（208厘米），分别比使用同等剂量的商业有机肥和尿素处理的植株高7%和11%（p=0.53）。在长雨季，用100 kg N ha-1处理的地块中最高的植株为263厘米，分别比使用同等剂量的BSFFF和尿素的植株高3%和10%（p < 0.001）。
图2 黑水虻虫粪肥（BSFFF）（A-D）；商用有机肥（A-D）；商用矿物肥（尿素，UREA）（E、F）对玉米株高的影响
2. 不同类型肥料对玉米叶绿素浓度的影响
用7.5 t ha-1 BSFFF处理的地块生长的玉米叶绿素浓度最高，在短雨季和长雨季，叶绿素浓度比使用等量SAFI处理的玉米分别高出18%（p = 0.02）和20%（p < 0.01）（图3 A，B）。在长雨季，用100 kg N ha-1 BSFFF处理的玉米的叶绿素浓度最高，分别比同等用量的SAFI和尿素处理的玉米高出32%和7%（p < 0.01）。
图3 黑水虻虫粪肥（BSFFF）（A-D）；商用有机肥（A-D）；商用矿物肥（尿素）（E、F）对玉米叶绿素浓度的影响
3. 不同类型肥料对土壤中矿物氮含量的影响
在0–20 cm深度，土壤中矿物质氮浓度受肥料类型（短雨季：<p 0.001，长雨季：p < 0.05）和玉米生长阶段（短雨季：p < 0.001，长雨季：p < 0.001）显著影响（表1）。
在玉米营养生长早期，7.5 t ha-1 BSFFF处理后地块的矿物氮浓度在短雨季和长雨季分别比等量的SAFI处理地块高4倍（p < 0.01）和6倍（p < 0.01）。同样，在短雨季抽穗期，用5 t ha-1 BSFFF处理的地块土壤中的矿物质氮浓度（p < 0.05）是用同等量的SAFI处理的地块的2.4倍。在长雨季的成熟期，所有处理组的矿物质氮浓度均有所增加，其中用5 t ha-1 BSFFF处理的地块的矿物质氮浓度是施用同等量SAFI的地块的2.4倍。
表1 用不同类型肥料处理的土壤顶部40厘米中的矿物氮浓度（kg N ha-1）
在土壤0–20厘米层中，只有长雨季节期间，玉米的不同生长阶段对土壤中矿质氮浓度有显著影响（p < 0.05）（表2）。用60 kg N ha-1作为BSFFF和尿素处理的地块在玉米抽穗期和吐丝期分别具有最高的矿物质氮含量。
表2 用不同肥料处理的土壤顶部40厘米土壤中的矿物氮浓度（kg N ha-1）
4. 施用不同类型肥料对玉米吸收氮、磷和钾的影响
在玉米成熟期，氮累积量（38–112千克/公顷）在不同处理之间存在显著差异（短雨季节：p < 0.05，长雨季节：p < 0.01）。在短雨季和长雨季，施用7.5 t ha-1 BSFFF的玉米积累的氮素分别比施用等量SAFI的玉米积累的氮素高17%和44%（P＞0.05）。
图4 黑水虻虫粪肥（BSFFF）（A-D）；商用有机肥（A-D）；商用矿物肥（尿素）（E、F）对玉米氮吸收的影响
在短雨季节（p < 0.05）和长雨季节（p < 0.01），施用不同类型的肥料，玉米在收获阶段累积的磷量存在显著差异（表3），其中施用7.5 t ha-1 BSFFF的地块中玉米积累的总磷分别比施用SAFI的玉米种植的玉米积累的磷高15%和27%。同样，在两个季节中，施用100 kg N ha-1的BSFFF作为氮肥收获的玉米中钾的累积量显著高于对照处理（短雨季：p < 0.05，长雨季：p < 0.001）（表3），以及长雨季节中使用30和60 kg N ha-1 SAFI的实验组。
表3 黑水虻虫粪肥（BSFFF）、商业有机和矿物（尿素）肥料对玉米秸秆产量和成熟时磷钾吸收的影响
5. 不同类型肥料对玉米籽粒产量的影响
在长雨季，使用7.5 t ha-1 BSFFF种植的玉米产量显著高于其他处理组，用BSFFF处理的地块比用SAFI处理的地块具有更高的秸秆产量。在短雨季施用100 kg N ha-1 BSFFF的地块的产量显著高于施用30 kg N ha-1尿素和60 kg N ha-1 SAFI的地块（图5 C）。同样，在长雨季期间，使用60 kg N ha-1和100 kg N ha-1 BSFFF以及100 kg N ha-1尿素的田块，玉米产量均显著（p < 0.001）高于使用30 kg N ha-1和60 kg N ha-1 SAFI的田块（图5 D）。
图5 在短雨季（A，C）和长雨季（B，D）实验中，肥料类型（A，B）和氮肥用量（C，D）对玉米籽粒产量的影响
6. 不同类型肥料对玉米氮素利用效率的影响
在短雨季和长雨季，使用2.5吨/公顷的BSFFF相比于等量的SAFI，分别使玉米的氮素农学利用率（AEN）提高了2.4倍和2.2倍。在短雨季和长雨季，施用2.5 t ha-1 BSFFF的玉米表观氮素回收率（Apparent Nitrogen Recovery，ANRN）分别是相同用量SAFI的1.9倍和4.1倍。在短雨季，土壤中施用30 kg N ha-1 SAFI的地块中生长的玉米，其农学生理氮效率（Agro-physiological N efficiency，APEN）显著高于施用100 kg N ha-1 BSFFF和30 kg N ha-1尿素地块的玉米的APEN（p<0.05）。在长雨季，施用30 kg N ha-1 SAFI所产生的玉米，其APEN值分别比使用等量尿素和BSFFF的玉米高63%和23%。
表4 黑水虻（BSFFF）肥料、商品有机肥和矿物肥（尿素）对玉米氮素利用效率的影响
综上所述，黑水虻虫粪肥的表现优于商业有机和无机肥料。玉米种植中只施用黑水虻虫粪肥时，建议施用量为2.5 t ha-1。仅用作氮肥时，则建议施用量为30 kg N ha-1。黑水虻虫粪肥可以提高玉米生产性能和土壤健康，是一种优秀的矿物氮肥替代肥。
五、展望
黑水虻虫粪肥可作为一种环境安全和可持续的肥料，在玉米种植中黑水虻虫粪肥有明显优势。从长远来看，黑水虻虫粪肥的可持续性将减少对昂贵矿物肥料的过度依赖，减少矿物肥料的使用，保护土壤和环境健康。未来研究确定黑水虻虫粪肥料对不同农业生态区和种植系统土壤肥力的中长期影响是至关重要的。
六、参考文献
[1]Beesigamukama, Dennis et al. “Exploring Black Soldier Fly Frass as Novel Fertilizer for Improved Growth, Yield, and Nitrogen Use Efficiency of Maize Under Field Conditions.” Frontiers in Plant Science 11 (2020): n. pag.
[2]《非洲如此缺粮，土地肥沃却宁愿挨饿也没人种地？真相却是这样的》http://baijiahao.baidu.com/s?id=1743056420728065219&wfr=spider&for=pc。