探索黑水虻蟲糞肥對高玉米生長、產量以及氮素利用率的影響閱讀次數 [2463] 發布時間 :2024-07-30
一、研究目的
非洲大陸是地質上的不活動區域，因此導致土壤古老，風化嚴重，土壤里的有機物非常少。非洲地區全年都十分炎熱，高溫加快了細菌分解腐爛植物和腐殖質的速度，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）是一種極具應用潛力的有機肥料，但是關于其影響非洲農作物生產性能的報道較少。該研究以非洲種植的農作物玉米為研究對象，分析BSFFF對玉米利用氨、玉米總磷積累量、玉米籽粒產量、秸稈產量以及對土壤中礦物氮濃度的影響。
圖1 黑水虻蟲糞對植物生長的影響(LopesYong and Lalander 2022)
二、結果概述
結果如下：
（1）在施用BSFFF的田塊中生長的玉米植株最高，葉綠素濃度也最高；
（2）與施用相同施用量的商業有機肥（SAFI）相比，施用7.5 t ha-1（噸/公頃）BSFFF的田塊玉米籽粒產量高出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氮素的吸收，最高達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學利用率（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對提高玉米產量有效，而需要雙倍施用量的SAFI才能達到類似效果。
結果表明BSFFF作為一種新型有機肥料，在提高玉米產量和氮素利用率方面表現出色。
三、研究方法
選取位于肯尼亞內羅畢縣海拔1580米的肯雅塔大學教學示范農場（南緯1°10′59“，東經36°55′34”）進行兩個季節（2019年4月至9月和2019年10月至2020年3月）的田間試驗。測定試驗地的土壤理化性質，選用BSFFF、商業有機肥（SAFI）和礦物氮肥料（45% 尿素）三種肥料，以玉米（H513）作為實驗作物，研究BSFFF對作物生產性能影響。
四、主要結果和討論
1. 不同類型肥料對玉米株高的影響
在短雨季，施用60 kg N ha-1 BSFFF的玉米產生了最高的植株（208厘米），分別比使用同等劑量的商業有機肥和尿素處理的植株高7%和11%（p=0.53）。在長雨季，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）；商用有機肥（A-D）；商用礦物肥（尿素，UREA）（E、F）對玉米株高的影響
2. 不同類型肥料對玉米葉綠素濃度的影響
用7.5 t ha-1 BSFFF處理的地塊生長的玉米葉綠素濃度最高，在短雨季和長雨季，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）；商用有機肥（A-D）；商用礦物肥（尿素）（E、F）對玉米葉綠素濃度的影響
3. 不同類型肥料對土壤中礦物氮含量的影響
在0–20 cm深度，土壤中礦物質氮濃度受肥料類型（短雨季：<p 0.001，長雨季：p < 0.05）和玉米生長階段（短雨季：p < 0.001，長雨季：p < 0.001）顯著影響（表1）。
在玉米營養生長早期，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氮濃度（p < 0.05）是用同等量的SAFI處理的地塊的2.4倍。在長雨季的成熟期，所有處理組的礦物質氮濃度均有所增加，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，只有長雨季節期間，玉米的不同生長階段對土壤中礦質氮濃度有顯著影響（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：p < 0.05，長雨季節：p < 0.01）。在短雨季和長雨季，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）；商用有機肥（A-D）；商用礦物肥（尿素）（E、F）對玉米氮吸收的影響
在短雨季節（p < 0.05）和長雨季節（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，在兩個季節中，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照處理（短雨季：p < 0.05，長雨季：p < 0.001）（表3），以及長雨季節中使用30和60 kg N ha-1 SAFI的實驗組。
表3 黑水虻蟲糞肥（BSFFF）、商業有機和礦物（尿素）肥料對玉米秸稈產量和成熟時磷鉀吸收的影響
5. 不同類型肥料對玉米籽粒產量的影響
在長雨季，使用7.5 t ha-1 BSFFF種植的玉米產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量。在短雨季施用100 kg N ha-1 BSFFF的地塊的產量顯著高于施用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）和長雨季（B，D）實驗中，肥料類型（A，B）和氮肥用量（C，D）對玉米籽粒產量的影響
6. 不同類型肥料對玉米氮素利用效率的影響
在短雨季和長雨季，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學利用率（AEN）提高了2.4倍和2.2倍。在短雨季和長雨季，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的地塊中生長的玉米，其農學生理氮效率（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）。在長雨季，施用30 kg N ha-1 SAFI所產生的玉米，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、商品有機肥和礦物肥（尿素）對玉米氮素利用效率的影響
綜上所述，黑水虻蟲糞肥的表現優于商業有機和無機肥料。玉米種植中只施用黑水虻蟲糞肥時，建議施用量為2.5 t ha-1。僅用作氮肥時，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性能和土壤健康，是一種優秀的礦物氮肥替代肥。
五、展望
黑水虻蟲糞肥可作為一種環境安全和可持續的肥料，在玉米種植中黑水虻蟲糞肥有明顯優勢。從長遠來看，黑水虻蟲糞肥的可持續性將減少對昂貴礦物肥料的過度依賴，減少礦物肥料的使用，保護土壤和環境健康。未來研究確定黑水虻蟲糞肥料對不同農業生態區和種植系統土壤肥力的中長期影響是至關重要的。
六、參考文獻
[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。