探索黑水虻蟲糞肥對(duì)高玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及氮素利用率的影響閱讀次數(shù) [453] 發(fā)布時(shí)間 :2024-07-30
一、研究目的
非洲大陸是地質(zhì)上的不活動(dòng)區(qū)域，因此導(dǎo)致土壤古老，風(fēng)化嚴(yán)重，土壤里的有機(jī)物非常少。非洲地區(qū)全年都十分炎熱，高溫加快了細(xì)菌分解腐爛植物和腐殖質(zhì)的速度，使得土壤里的肥力及水分都不易保存。
黑水虻蟲糞肥（Black soldier fly frass fertilizer，BSFFF）是一種極具應(yīng)用潛力的有機(jī)肥料，但是關(guān)于其影響非洲農(nóng)作物生產(chǎn)性能的報(bào)道較少。該研究以非洲種植的農(nóng)作物玉米為研究對(duì)象，分析BSFFF對(duì)玉米利用氨、玉米總磷積累量、玉米籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量以及對(duì)土壤中礦物氮濃度的影響。
圖1 黑水虻蟲糞對(duì)植物生長(zhǎng)的影響(LopesYong and Lalander 2022)
二、結(jié)果概述
結(jié)果如下：
（1）在施用BSFFF的田塊中生長(zhǎng)的玉米植株最高，葉綠素濃度也最高；
（2）與施用相同施用量的商業(yè)有機(jī)肥（SAFI）相比，施用7.5 t ha-1（噸/公頃）BSFFF的田塊玉米籽粒產(chǎn)量高出14%。與施用等量SAFI和尿素的田塊相比，施用100 kg N ha-1（100公斤 公頃/年）BSFFF的田塊玉米籽粒產(chǎn)量分別增加了27%和7%；
（3）與等量SAFI相比，施用7.5 t ha-1 BSFFF可以顯著提高玉米對(duì)氮素的吸收，最高達(dá)23%與SAFI和尿素相比，施用100 kg N ha-1 BSFFF分別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處理下，玉米的氮素回收效率高于等量SAFI處理；
（4）使用2.5 t ha-1 BSFFF處理的玉米的氮素農(nóng)學(xué)利用率（AEN）是使用等量SAFI的2.4倍。此外，使用30 kg N ha-1 BSFFF生長(zhǎng)的玉米的AEN分別比使用等量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對(duì)提高玉米產(chǎn)量有效，而需要雙倍施用量的SAFI才能達(dá)到類似效果。
結(jié)果表明BSFFF作為一種新型有機(jī)肥料，在提高玉米產(chǎn)量和氮素利用率方面表現(xiàn)出色。
三、研究方法
選取位于肯尼亞內(nèi)羅畢縣海拔1580米的肯雅塔大學(xué)教學(xué)示范農(nóng)場(chǎng)（南緯1°10′59“，東經(jīng)36°55′34”）進(jìn)行兩個(gè)季節(jié)（2019年4月至9月和2019年10月至2020年3月）的田間試驗(yàn)。測(cè)定試驗(yàn)地的土壤理化性質(zhì)，選用BSFFF、商業(yè)有機(jī)肥（SAFI）和礦物氮肥料（45% 尿素）三種肥料，以玉米（H513）作為實(shí)驗(yàn)作物，研究BSFFF對(duì)作物生產(chǎn)性能影響。
四、主要結(jié)果和討論
1. 不同類型肥料對(duì)玉米株高的影響
在短雨季，施用60 kg N ha-1 BSFFF的玉米產(chǎn)生了最高的植株（208厘米），分別比使用同等劑量的商業(yè)有機(jī)肥和尿素處理的植株高7%和11%（p=0.53）。在長(zhǎng)雨季，用100 kg N ha-1處理的地塊中最高的植株為263厘米，分別比使用同等劑量的BSFFF和尿素的植株高3%和10%（p < 0.001）。
圖2 黑水虻蟲糞肥（BSFFF）（A-D）；商用有機(jī)肥（A-D）；商用礦物肥（尿素，UREA）（E、F）對(duì)玉米株高的影響
2. 不同類型肥料對(duì)玉米葉綠素濃度的影響
用7.5 t ha-1 BSFFF處理的地塊生長(zhǎng)的玉米葉綠素濃度最高，在短雨季和長(zhǎng)雨季，葉綠素濃度比使用等量SAFI處理的玉米分別高出18%（p = 0.02）和20%（p < 0.01）（圖3 A，B）。在長(zhǎng)雨季，用100 kg N ha-1 BSFFF處理的玉米的葉綠素濃度最高，分別比同等用量的SAFI和尿素處理的玉米高出32%和7%（p < 0.01）。
圖3 黑水虻蟲糞肥（BSFFF）（A-D）；商用有機(jī)肥（A-D）；商用礦物肥（尿素）（E、F）對(duì)玉米葉綠素濃度的影響
3. 不同類型肥料對(duì)土壤中礦物氮含量的影響
在0–20 cm深度，土壤中礦物質(zhì)氮濃度受肥料類型（短雨季：<p 0.001，長(zhǎng)雨季：p < 0.05）和玉米生長(zhǎng)階段（短雨季：p < 0.001，長(zhǎng)雨季：p < 0.001）顯著影響（表1）。
在玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)早期，7.5 t ha-1 BSFFF處理后地塊的礦物氮濃度在短雨季和長(zhǎng)雨季分別比等量的SAFI處理地塊高4倍（p < 0.01）和6倍（p < 0.01）。同樣，在短雨季抽穗期，用5 t ha-1 BSFFF處理的地塊土壤中的礦物質(zhì)氮濃度（p < 0.05）是用同等量的SAFI處理的地塊的2.4倍。在長(zhǎng)雨季的成熟期，所有處理組的礦物質(zhì)氮濃度均有所增加，其中用5 t ha-1 BSFFF處理的地塊的礦物質(zhì)氮濃度是施用同等量SAFI的地塊的2.4倍。
表1 用不同類型肥料處理的土壤頂部40厘米中的礦物氮濃度（kg N ha-1）
在土壤0–20厘米層中，只有長(zhǎng)雨季節(jié)期間，玉米的不同生長(zhǎng)階段對(duì)土壤中礦質(zhì)氮濃度有顯著影響（p < 0.05）（表2）。用60 kg N ha-1作為BSFFF和尿素處理的地塊在玉米抽穗期和吐絲期分別具有最高的礦物質(zhì)氮含量。
表2 用不同肥料處理的土壤頂部40厘米土壤中的礦物氮濃度（kg N ha-1）
4. 施用不同類型肥料對(duì)玉米吸收氮、磷和鉀的影響
在玉米成熟期，氮累積量（38–112千克/公頃）在不同處理之間存在顯著差異（短雨季節(jié)：p < 0.05，長(zhǎng)雨季節(jié)：p < 0.01）。在短雨季和長(zhǎng)雨季，施用7.5 t ha-1 BSFFF的玉米積累的氮素分別比施用等量SAFI的玉米積累的氮素高17%和44%（P＞0.05）。
圖4 黑水虻蟲糞肥（BSFFF）（A-D）；商用有機(jī)肥（A-D）；商用礦物肥（尿素）（E、F）對(duì)玉米氮吸收的影響
在短雨季節(jié)（p < 0.05）和長(zhǎng)雨季節(jié)（p < 0.01），施用不同類型的肥料，玉米在收獲階段累積的磷量存在顯著差異（表3），其中施用7.5 t ha-1 BSFFF的地塊中玉米積累的總磷分別比施用SAFI的玉米種植的玉米積累的磷高15%和27%。同樣，在兩個(gè)季節(jié)中，施用100 kg N ha-1的BSFFF作為氮肥收獲的玉米中鉀的累積量顯著高于對(duì)照處理（短雨季：p < 0.05，長(zhǎng)雨季：p < 0.001）（表3），以及長(zhǎng)雨季節(jié)中使用30和60 kg N ha-1 SAFI的實(shí)驗(yàn)組。
表3 黑水虻蟲糞肥（BSFFF）、商業(yè)有機(jī)和礦物（尿素）肥料對(duì)玉米秸稈產(chǎn)量和成熟時(shí)磷鉀吸收的影響
5. 不同類型肥料對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量的影響
在長(zhǎng)雨季，使用7.5 t ha-1 BSFFF種植的玉米產(chǎn)量顯著高于其他處理組，用BSFFF處理的地塊比用SAFI處理的地塊具有更高的秸稈產(chǎn)量。在短雨季施用100 kg N ha-1 BSFFF的地塊的產(chǎn)量顯著高于施用30 kg N ha-1尿素和60 kg N ha-1 SAFI的地塊（圖5 C）。同樣，在長(zhǎng)雨季期間，使用60 kg N ha-1和100 kg N ha-1 BSFFF以及100 kg N ha-1尿素的田塊，玉米產(chǎn)量均顯著（p < 0.001）高于使用30 kg N ha-1和60 kg N ha-1 SAFI的田塊（圖5 D）。
圖5 在短雨季（A，C）和長(zhǎng)雨季（B，D）實(shí)驗(yàn)中，肥料類型（A，B）和氮肥用量（C，D）對(duì)玉米籽粒產(chǎn)量的影響
6. 不同類型肥料對(duì)玉米氮素利用效率的影響
在短雨季和長(zhǎng)雨季，使用2.5噸/公頃的BSFFF相比于等量的SAFI，分別使玉米的氮素農(nóng)學(xué)利用率（AEN）提高了2.4倍和2.2倍。在短雨季和長(zhǎng)雨季，施用2.5 t ha-1 BSFFF的玉米表觀氮素回收率（Apparent Nitrogen Recovery，ANRN）分別是相同用量SAFI的1.9倍和4.1倍。在短雨季，土壤中施用30 kg N ha-1 SAFI的地塊中生長(zhǎng)的玉米，其農(nóng)學(xué)生理氮效率（Agro-physiological N efficiency，APEN）顯著高于施用100 kg N ha-1 BSFFF和30 kg N ha-1尿素地塊的玉米的APEN（p<0.05）。在長(zhǎng)雨季，施用30 kg N ha-1 SAFI所產(chǎn)生的玉米，其APEN值分別比使用等量尿素和BSFFF的玉米高63%和23%。
表4 黑水虻（BSFFF）肥料、商品有機(jī)肥和礦物肥（尿素）對(duì)玉米氮素利用效率的影響
綜上所述，黑水虻蟲糞肥的表現(xiàn)優(yōu)于商業(yè)有機(jī)和無機(jī)肥料。玉米種植中只施用黑水虻蟲糞肥時(shí)，建議施用量為2.5 t ha-1。僅用作氮肥時(shí)，則建議施用量為30 kg N ha-1。黑水虻蟲糞肥可以提高玉米生產(chǎn)性能和土壤健康，是一種優(yōu)秀的礦物氮肥替代肥。
五、展望
黑水虻蟲糞肥可作為一種環(huán)境安全和可持續(xù)的肥料，在玉米種植中黑水虻蟲糞肥有明顯優(yōu)勢(shì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，黑水虻蟲糞肥的可持續(xù)性將減少對(duì)昂貴礦物肥料的過度依賴，減少礦物肥料的使用，保護(hù)土壤和環(huán)境健康。未來研究確定黑水虻蟲糞肥料對(duì)不同農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)和種植系統(tǒng)土壤肥力的中長(zhǎng)期影響是至關(guān)重要的。
六、參考文獻(xiàn)
[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]《非洲如此缺糧，土地肥沃卻寧愿挨餓也沒人種地？真相卻是這樣的》https://baijiahao.baidu.com/s?id=1743056420728065219&wfr=spider&for=pc。