探索黑水虻蟲糞肥對高玉米生長、產(chǎn)量以及氮素利用率的影響閱讀次數(shù) [488] 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)作物玉米為研究對象,分析BSFFF對玉米利用氨、玉米總磷積累量、玉米籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量以及對土壤中礦物氮濃度的影響。

 

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圖1 黑水虻蟲糞對植物生長的影響(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(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(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)。


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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)。


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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(zhì)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(yǎng)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(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。

 

 

 

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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(jié)期間,玉米的不同生長階段對土壤中礦質(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。


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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(jié):p < 0.05,長雨季節(jié):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)。

 

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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)對玉米氮吸收的影響

 

在短雨季節(jié)(p < 0.05)和長雨季節(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照處理(短雨季:p < 0.05,長雨季:p < 0.001)(表3),以及長雨季節(jié)中使用30和60 kg N ha-1 SAFI的實(shí)驗(yàn)組。


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表3 黑水虻蟲糞肥(BSFFF)、商業(yè)有機(jī)和礦物(尿素)肥料對玉米秸稈產(chǎn)量和成熟時(shí)磷鉀吸收的影響

 

 

5. 不同類型肥料對玉米籽粒產(chǎn)量的影響

在長雨季,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)。


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圖5 在短雨季(A,C)和長雨季(B,D)實(shí)驗(yàn)中,肥料類型(A,B)和氮肥用量(C,D)對玉米籽粒產(chǎn)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(nóng)學(xué)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(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%。

 

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表4 黑水虻(BSFFF)肥料、商品有機(jī)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(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。從長遠(yuǎn)來看,黑水虻蟲糞肥的可持續(xù)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(hù)土壤和環(huán)境健康。未來研究確定黑水虻蟲糞肥料對不同農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)和種植系統(tǒng)土壤肥力的中長期影響是至關(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。