使用稀释液态粪肥的浮萍栽培系统的温室气体和氨排放

把农场废料变成有用的蛋白质

现代农业产生大量动物粪便，这些粪便可能向空气和水体泄漏导致气候变暖的气体和氮污染。本研究探讨了一个有趣的想法：利用一种名为浮萍的小型漂浮植物，将稀释的牛粪转化为高质量蛋白质，同时评估这一新系统是在净化排放还是仅仅改变了污染形式。这项工作对于关注气候友好型食物、改善农区空气质量以及探索将营养物质循环利用而非浪费的新途径的人士来说非常重要。

小小漂浮植物、大大前景

浮萍是一类极小、生长迅速的植物，会在静水面形成明亮的绿色铺层。它们富含蛋白质，已在猪、家禽、鱼类饲料甚至人类食物中进行过测试。由于浮萍在富含养分的水体中生长良好，一些科学家将其视为将动物粪便中的氮“升级”成有价值蛋白质的方法，而不是让这些氮以污染形式流失。然而，到目前为止，几乎没有关于在真实室外条件下直接在稀释液态粪肥上种植浮萍时释放的温室气体和氨的研究。

室外浮萍池的测试方法

研究人员设置了十个大型室外箱体，装入稀释的牛粪浆，模拟浅层农场粪肥池。半数箱体覆盖了一层浮萍物种小型藻类（Lemna minor），其余箱体仅装粪肥浆。他们进行了两次为期一周的试验：一次在黑暗中测量气体以模拟夜间，另一次在光照下测量以模拟白天。每天多次，他们给箱体盖上密封盖，用小风扇混合上方的空气，并采集样本以测定甲烷、二氧化碳、一氧化二氮（注：文中为“氧化亚氮”即笑）以及氨。同时，他们跟踪浮萍的生长速度和其产生的蛋白质量。

气体发生了什么

气体测量显示出复杂的情况。来自粪肥的强效温室气体甲烷在系统启动的最初几小时很高，但随后在所有箱体中均骤降，几天后几乎降为零，无论是否有浮萍覆盖。二氧化碳的表现符合光合植物的预期：在光照下，浮萍池从空气中吸收二氧化碳，而在黑暗中通过呼吸释放二氧化碳，但总体上浮萍池起到碳汇作用。氨会加剧大气污染并损害下风向生态系统，当浮萍覆盖粪肥浆时，氨减少了超过80%，浮萍既像活的盖子吸收氮，又在物理上阻止了蒸发。

隐藏的代价：另一种强效气体

关于氨的好消息伴随着一个重要的缺点。覆盖浮萍的池塘在光照和黑暗条件下比仅有粪肥的池塘释放出更多的一氧化二氮。按分子计，一氧化二氮比二氧化碳的增温效应强得多。研究人员在水中观测到某些氮形态水平上升，这表明浮萍层下的微生物活动更强烈，可能加速了将铵转化为一氧化二氮的反应链。换句话说，该系统似乎将一种氮损失途径（氨逸散到大气）换成了另一种（以一氧化二氮形式），而不是彻底解决问题。

浮萍蛋白的绿色程度如何？

通过将气体排放与蛋白产量结合，研究团队估算了在粪浆上生长的浮萍蛋白的气候足迹。根据天气和生长速率，他们得到大约每公斤蛋白相当于3.5至6.5千克二氧化碳当量的范围。这个范围与管理良好的田间作物（如蚕豆和大麦）相重叠，尽管在这些试验中浮萍尚未达到其潜在的生长速率。更快的生长会降低每单位蛋白的气候影响，这表明提高生产力是实现更清洁表现的关键杠杆。

对未来农场的意义

对普通读者而言，主要结论是：在稀释粪肥上的浮萍池有可能将农场废料转变为本地生产的蛋白质，同时捕获碳并大幅减少氨排放。但该系统目前会增加一氧化二氮的排放，这是一个严重的气候问题。作者认为，理解浮萍层下面薄水层中的微生物和氧气状况对于设计抑制该气体的策略至关重要——无论是通过更好的池塘设计、管理，还是辅助处理方法。如果能克服这些难题，小小的浮萍植物可能帮助畜牧场关闭氮素循环，并以与许多常规作物相当或更优的气候成本供应蛋白质。

引用: Stadtlander, T., Gomez, D.M., Müller, R. et al. Greenhouse gas and ammonia emissions from duckweed cultivation systems using diluted liquid manure. Sci Rep 16, 9887 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39270-4

关键词: 浮萍, 粪肥, 温室气体, 氨排放, 可持续蛋白