论文标题：Nutrient Recovery Strategies and Agronomic Performance in Circular Farming: A Comprehensive Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2504-3129/6/3/80

期刊名：Nitrogen

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/nitrogen

循环农业旨在通过从废物流中回收养分,以减少对肥料进口的依赖,减轻环境影响,并实现物质循环的闭合。本综述对比了从废水、作物残渣和畜禽粪便中回收的氮、磷、钾养分产品与传统肥料的农艺性能上的表现，回顾了2010年至2024年间发表的85项盆栽和田间试验,研究对象涵盖铵盐、鸟粪石、灰分、堆肥、消化残渣、生物炭、水热炭及生物刺激素等再生养分产品。结果显示，硫酸铵和硝酸铵因具有良好的溶解性和氮素的即时有效性，其作物产量与合成化肥相当（95–105%）；氨水的表现则受施用时间和土壤 pH 的影响而波动。鸟粪石和富磷灰分在中性至微酸性土壤中表现最佳（90–100%），而有机–矿质复合磷肥在碱性土壤中效果略差（85–95%）。富钾灰分和废云母在阳离子交换能力中等的土壤中表现良好（80–95%），但云母在粗质土壤中的效果偏低（60–75%）。生物炭与水热炭可改善土壤保水性与养分交换性能，产量可达合成化肥的90–110%；生物刺激素可额外提高产量8–20%。总体而言，回收养分产品在农艺性能上已接近常规化肥，同时在土壤健康提升、废弃物管理及循环经济目标方面展现协同效益。

综述内容

1.循环农业研究背景

预计到2050年，全球人口将接近100亿，全球粮食需求将大幅攀升，从而对农业系统施加前所未有的压力。然而，养分资源的分布极不均衡：少数国家掌握了世界上大部分磷矿石和钾盐储量，而许多其他国家——尤其是欧洲地区——则高度依赖进口以维持土壤肥力。氮素的生产对农业至关重要，但其依赖的哈伯–博施工艺是一个高能耗过程，不仅消耗大量能源，还带来显著的环境影响。同样，从事大规模磷和钾资源开采的国家也面临类似问题，从而进一步加剧了环境压力。循环农业通过实现养分循环闭合、降低对有限资源的依赖，并将废弃物资源化利用纳入农业体系，为上述挑战提供了系统性应对方案。与“获取—制造—废弃”式的线性模式不同，循环农业强调资源高效利用、土壤健康维护以及环境外部性减排。因此，从废物流中回收养分不仅可直接支撑联合国可持续发展目标（SDGs）和欧盟循环经济行动计划，也有助于通过减少化肥相关的温室气体排放来实现气候减缓目标。

2.养分回收农艺性能

在作物生长和土壤互作中,回收的铵盐有效性在酸性或沙质土壤中有所增强,但在较冷或高pH值的环境中,由于溶解度降低、淋溶或挥发风险,其有效性可能会下降；与合成钾肥相比，钾浓缩物(KC)和废云母（WM）的效果受土壤类型和作物生理的显著影响，钾浓缩物更适用于对钾有即时需求的集约化种植系统，而废云母则适用于多年生作物或喜酸作物；有机矿物磷肥（OMF）在高磷固定能力的土壤（如氧化土）中能与化学肥料取得相当产量，而在轻质土壤中因溶解性较低而效果略逊；水热炭主要在养分贫瘠的热带氧化土中发挥改良土壤的作用，而在温带或壤土条件下增产效果有限；相比之下，生物炭能在酸性、沙质或强风化土壤中显著提高产量、改善土壤理化性质并固碳，因而更适合用于面临土壤退化、干旱或高肥料依赖的地区；来自废水和畜禽粪便的鸟粪石在肥效上可与传统磷肥相当，尤其适用于沙质或酸性土壤及牧草系统，能提供持久的养分释放。其回收利用不仅为农民提供了可再生的本地磷源，减少对进口矿物肥料的依赖，也有助于实现养分循环并降低富营养化风险。

图为利用粪肥和作物残留物生产有机矿物磷肥（OMF）的流程示意图。

生物刺激素是已知能够增强植物或土壤养分吸收、抗逆性、生长和生产力的物质，主要类型包括海藻提取物、腐殖酸和黄腐酸、基于有益微生物的生物刺激素、氨基酸、植物提取物和其他有机化合物。生物刺激素不仅能提高作物产量和品质，还能增强其对高温、干旱和盐碱等环境胁迫的耐受力，有助于在气候变化条件下稳定产量、减少化学投入并提升农产品营养质量。

图为从有机废物流中生产生物刺激素的示意图。

与传统化学肥料相比，废弃物来源的肥料（如铵盐、鸟粪石、生物炭和生物刺激素）兼具环境与经济双重效益。在经济方面，与进口矿物磷肥相比，农场规模的鸟粪石回收可实现65%-100%的净成本节约。在政策方面，回收铵盐支持循环经济目标，并符合欧盟现行允许使用回收氮源的肥料产品法规。然而，其广泛应用仍面临诸多障碍，包括复杂的监管审批程序、前期基础设施投入成本较高，以及在特定应用条件下（尤其使用液态硫酸铵时）存在的挥发风险隐忧。调整施用技术（例如使用尾拖施肥器）并解决环境损失问题，将是将回收的氨盐环境效益转化为农民采纳的关键。总体而言，这些见解强调，尽管回收肥料已显示出明显的可持续性优势，但支持性的碳市场和法规对接将是推动其广泛采用的决定性因素。

图为与合成肥料或对照处理相比，废弃物衍生肥料、生物刺激剂和土壤改良剂的产量比。箱线图显示了中位数、四分位距和异常值；红色虚线表示与合成肥料/对照处理相当。

总结与展望

过去十年间，废弃物在肥料生产中的利用取得了显著进展，这一过程伴随着多种养分回收技术的发展与应用。这些技术已被证明能够有效地从作物残留物、畜禽粪便及废水等多种来源中提取养分。然而，尽管部分回收型肥料已接受了较为系统的农艺评估，研究中仍存在明显空白，尤其是在以铵盐为基础的产品和回收钾产品方面。此外，与温室或实验室试验相比，田间验证研究仍相对有限，表明亟需开展更多大规模实地试验以评估其在实际农业条件下的效果。

Shrivastava, V.; Laasri, I. Nutrient Recovery Strategies and Agronomic Performance in Circular Farming: A Comprehensive Review. Nitrogen 2025, 6, 80.

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Stephen Macko, University of Virginia, Charlottesville, USA

Nitrogen 创刊于2020年，是一个国际性、经同行评审的开放获取期刊。期刊旨在为氮和氮循环相关的研究提供一个先进的交流平台，鼓励科学家尽可能详细地发表他们的实验和理论成果。

2025 Impact Factor：2.8

2025 CiteScore：3.4

Time to First Decision：18.1 Days

Acceptance to Publication：3.6 Days