回收磷肥减少养分淋失保持产量

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员对一种有前景的新型磷酸铵肥料进行了现场测试。与传统磷肥相比，鸟粪石肥料为可持续发展和作物生产提供了三赢，因为它可以回收废水流中的养分，减少农业土壤中磷和氮的浸出，并保持或提高大豆产量。

“已经有一些实验室和温室项目显示了鸟粪石的潜力，但这是对养分损失和产量效益的首次田间规模评估，”作物系副教授兼教员推广专家、首席研究员安德鲁·马格诺特(Andrew Margenot )说。伊利诺伊大学农业、消费者和环境科学学院 (ACES) 的科学部门。“我们发现鸟粪石可以完全替代大豆的磷酸一铵 (MAP) 或磷酸二铵 ( DAP )，相对于传统肥料选择，它减少了非点源养分损失。”

他的团队的研究结果发表在《环境质量杂志》上。

秋季施用磷酸一铵或磷酸二铵作为农作物的磷源是中西部大部分地区玉米和大豆生产的常见做法。但由于 MAP 和 DAP 中的磷高度溶于水，因此大部分养分会在接下来的冬季和早春期间流失。这不仅会导致下游养分污染，还意味着到春季种植农作物时，土壤中可用的磷可能会减少。

重要的是，MAP 和 DAP 还含有可溶形式的氮，Margenot 认为这一被忽视的事实导致了整个中西部的硝酸盐损失问题。

“氮循环中存在一个主要盲点，”马格诺特说。“特别是在美国和中西部，我们绝大多数的磷肥都是氨化的。当农民购买磷源在秋季施用时，他们的选择通常仅限于磷酸一铵或磷酸二铵，因此他们无法避免同时施用氮肥。”

他在一篇配套论文中进行了计算，发现按典型施用量(每英亩 200 磅)施用磷酸二铵，每英亩会增加 36 磅氮，而大多数农民和土地拨款建议都没有考虑到这一点。Margenot 估计伊利诺伊州每年秋天都会以 MAP 或 DAP 的形式添加 1.98 亿磅氮。

“这个数字比我们全州范围内减少硝酸盐损失 1.78 亿磅的目标高出 11%，”他说。“管理这种被忽视的秋季施氮是容易实现的目标，可以大大减少伊利诺伊州和密西西比河流域其他州的硝酸盐损失，而且我们可以在不改变磷施用量的情况下做到这一点。”

鸟粪石也含有氮，但鸟粪石的水溶性比 MAP 低。这解释了为什么 Margenot 的团队发现鸟粪石下磷和氮的浸出量明显低于 MAP，与未施肥土壤中测量的自然浸出量相当。

但如果营养物质的溶解度较低，是否意味着植物更难获取它们?根据《环境质量杂志》的研究，情况并非如此。两种肥料下的大豆产量没有显着差异。在伊利诺伊州南部的研究地点，与不施肥的对照地块相比，鸟粪石(但不是 MAP)实际上增加了大豆产量。马格诺特认为产量的提高可能是鸟粪石中的镁造成的。

当镁添加到废水中时，鸟粪石(磷酸铵镁，一种 5-22-0 [10 Mg] 源)会形成，镁与磷和氮发生反应，并将这些营养物质从废物流中吸收出来。芝加哥和圣路易斯已将部分废水流出租给一家公司来生产回收肥料，但马格诺特表示，鸟粪石制造业目前规模太小，无法满足整个玉米带的磷需求。

“Struvite 目前无法扩展，但我们正在证明一种解决方案的功效，有一天将会上架。我们的结果表明了扩大鸟粪石生产和在农场使用的好处，”他说。

尽管鸟粪石相对于 MAP 减少了养分损失，但 Margenot 指出，即使不添加肥料，养分损失也会发生，并建议覆盖作物来减轻无论施肥如何都会发生的这些“背景”损失。

“当我们不添加肥料时，无论是磷酸一铵还是鸟粪石，我们仍然看到了巨大的损失，特别是在我们伊利诺伊州中部工厂的有机质较高的 Mollisols [黑色草原土壤]中，”他说。“我们的土壤如此肥沃;它们含有大量的有机氮和磷。如果天气足够温暖，这些营养物质就会矿化并变成硝酸盐和磷酸盐。如果那里没有农作物(例如覆盖作物或小麦)可以吸收这些营养物质，那么这些营养物质就会被浸出。”

该研究“相对于磷酸一铵的鸟粪石磷和氮浸出的现场规模评估”发表在《环境质量杂志》上[DOI: 10.1002/jeq2.20522 ]。作者包括帕特里夏·莱昂、中山悠平和安德鲁·马格诺特。