《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Application of Municipal Biowaste-derived Products in Endive (Cichorium endivia L.) Cultivation with Putative Minerals Contribution and Fertilizer Replacements
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为评估市政生物废弃物衍生产物（BPs）在可持续农业中作为矿物肥料替代品的潜力，研究人员以菊苣（Cichorium endivia L.）为模型，系统研究了不同施用量（BP1: 150 kg ha-1, BP2: 300 kg ha-1）和施用方式（基施与灌溉施肥）对植物生长、土壤性质、植物营养状况及生物活性化合物含量的影响。结果表明，单一BP施用因供氮不足会降低植物生长，但与常规肥料（CF）联合施用（CF+BP）可维持菊苣生长，并显著提升总酚、类黄酮含量及抗氧化活性。该研究为利用生物废弃物衍生产品部分替代矿物肥料、在实现化肥减量的同时提高农产品品质提供了科学依据。
随着全球人口增长、城市化进程加速和饮食习惯改变，市政生物废弃物（Municipal Biowaste, MBW）对环境的影响日益加剧。传统农业依赖的“获取-生产-消费-丢弃”线性经济模式，大量消耗自然资源并产生废弃物，不利于可持续发展。在此背景下，推动循环农业，将废弃物转化为高附加值产品并重新整合到农业实践中（例如作为肥料和生物刺激剂），成为构建更具韧性农业系统的关键。市政生物废弃物通过化学水解和氧化等生物精炼过程，可产生具有价值的可溶性生物产品（Bioproducts, BPs）。这些产品含有丰富的有机质和矿物养分，已被证明可作为肥料和生物刺激剂，在促进植物生长、提高产品品质、优化水分利用效率等方面具有潜力。然而，将其作为矿物肥料的完全或部分替代品，在不同作物、不同施用方式和剂量下的实际效果如何？其能否在满足作物营养需求的同时，提升作物的功能性品质？这些问题仍需深入探究。为此，研究人员在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上发表了一项研究，以生长期较短的叶菜类蔬菜——菊苣（Cichorium endivia L.）为对象，系统评估了一种由食物垃圾厌氧发酵消化物及园艺修剪残渣堆肥衍生的BP产品，在土壤栽培中作为矿物肥料替代品的应用效果。
为开展此项研究，作者主要应用了以下几项关键技术方法：研究在温室盆栽条件下进行，设置了包括不施肥（NF）、常规施肥（CF）、有机肥（OF）、两种剂量的BP基施（BP1, BP2）及其与CF、OF的混合施用、以及四种通过灌溉施肥方式施用的处理（CF-S, OF-S, BP1-S, BP2-S）共12个处理。通过测定栽培前、中期和结束时土壤的pH、电导率（EC）、有机质及氮（N）、磷（P）、钾（K）、钠（Na）含量，评估了土壤理化性质的变化。在植株生长中期和末期，测定了株高、叶片数、鲜重、干物质含量、叶绿素荧光（Fv/Fm）、SPAD值、气孔导度等生长与生理参数，并分析了叶片光合色素（叶绿素a、b，类胡萝卜素）含量。利用凯氏定氮法、火焰光度法等测定了植株叶片和根部的N、P、K、Na含量。此外，还通过Folin-Ciocalteu法、铝氯化物比色法等测定了叶片的总酚、类黄酮含量，并通过DPPH、FRAP、ABTS法评估了抗氧化活性，同时测定了抗坏血酸、过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）等应激指标以及可溶性固形物（TSS）和可滴定酸度（TA）。
3.1 土壤理化性质
研究发现，施肥处理显著影响了土壤的初始性质。常规施肥（CF）处理的土壤电导率（EC）和N、P含量最高。BP基施处理（BP1, BP2）的土壤P含量与不施肥处理相当，但BP2处理的K含量最高。在生长中期，BP2处理土壤的N含量最高。到生长末期，采用灌溉施肥方式的处理（特别是OF-S和BP2-S）土壤EC最高，BP2-S处理的土壤N和K积累量也最高。这表明BP通过灌溉施肥持续施用，能增加土壤养分含量，但也可能导致盐分积累。
3.3 植物生长参数
在生长中期，BP1-S（低剂量BP灌溉施肥）处理的菊苣在株高、叶片数和植株鲜重上表现最佳，甚至优于部分常规施肥处理。然而，这种优势并未持续到生长末期。在末期，CF-S（常规施肥灌溉）处理的植株生长指标（株高、叶片数、鲜重）最高。而单一的BP基施或灌溉施肥处理，均导致菊苣生长量下降，表明单纯依靠BP无法满足菊苣整个生长周期的营养需求，尤其是氮供应不足。
3.5 植物养分含量
在生长中期和末期，CF处理的菊苣叶片和根部N含量始终最高。无论是基施还是灌溉施肥，单一BP处理的植株N含量均显著低于CF处理。不过，BP处理对叶片P含量的影响与CF处理无显著差异。当BP与CF混合施用（CF+BP）时，植株的N和K含量得到显著提升，接近于单一CF处理的效果。
3.6 总酚、总类黄酮、抗氧化活性、抗坏血酸
在生物活性物质方面，单一BP处理表现出显著的促进作用。与CF处理相比，BP处理（特别是BP1）显著提高了菊苣叶片的总酚、类黄酮含量以及DPPH、FRAP、ABTS三种方法测定的抗氧化活性，提升幅度最高可达数倍。与OF的混合施用（OF+BP）也表现出类似的提升效果。而CF与BP混合施用（CF+BP）在总酚、类黄酮和抗氧化活性指标上也显著优于单一的CF处理。
3.7 应激指标
与生物活性物质积累相对应，单一BP处理也诱导了植物的氧化应激反应。OF处理产生了最高的H2O2，而BP基施处理进一步增加了H2O2含量。同时，BP处理（尤其是BP1-S）导致了MDA含量的显著升高，表明细胞膜脂过氧化程度加剧。相反，CF及其相关处理则保持了较低的氧化应激水平。
3.8 可溶性固形物和可滴定酸度
在品质指标上，BP1处理获得了最高的可溶性固形物（TSS）含量，而不施肥（NF）处理的可滴定酸度（TA）最高。CF+OF处理的TA最低。BP2处理获得了最高的TSS/TA比值，表明其可能对风味有特定影响。
该研究的结论与讨论部分强调，市政生物废弃物衍生产品（BPs）在农业中的应用是走向循环生物经济的重要一步。研究表明，完全用BP替代矿物肥料可能无法满足菊苣快速的营养需求，导致生长受抑制和氧化应激增强，但这也反过来刺激了植物次生代谢，显著提升了总酚、类黄酮等生物活性化合物含量及抗氧化活性。然而，当BP与常规矿物肥料以50%比例联合施用时（CF+BP），可以在维持菊苣生长水平的同时，同样实现生物活性化合物含量的显著提升。这意味着BP可以作为矿物肥料的有效补充，在减少50%矿物肥料用量的情况下，不仅维持产量，还能改善农产品品质。此外，研究还发现BP的效应具有剂量和施用方式依赖性。较高的BP剂量（BP2）或通过灌溉施肥高频施用（BP2-S），可能因盐分（EC）累积或养分释放不平衡而对植物生长产生抑制作用。因此，优化BP的施用量、施用时间及与常规肥料的配比，对于其成功应用至关重要。这项研究为利用废弃物资源开发高效、环保的肥料替代品提供了实证依据，展示了在可持续农业框架下，通过废物资源化利用实现环境效益与农产品质量提升双赢的可能性。
