基于微藻的生物肥料：对其在农业系统中效果的综合荟萃分析

微藻基生物肥料可显著提升作物产量（平均提升51.75%）和土壤健康，其效果受作物类型、环境条件及藻种影响，但存在异质性高（I²>90%）、规模化生产及成本挑战。

雷达·法西·菲赫里（Reda Fassi Fihri）| 埃尔-瓦兹纳·布沙马（El-Ouazna Bouchamma）

功能生态学与环境工程实验室，科学与技术学院，西迪穆罕默德本阿卜杜拉大学（Sidi Mohamed Ben Abdellah University），伊穆泽尔街（Imouzzer Street），邮政编码2202，非斯（Fez），摩洛哥

摘要

全球农业部门面临着在提高生产力的同时确保环境可持续性的日益增长的压力。基于微藻的生物肥料为合成肥料提供了一种有前景的替代方案，利用其丰富的营养成分和生物刺激特性来改善作物生长、产量和土壤健康。这项元分析综合了过去15年中发表的25项专门研究真核微藻的研究结果，评估了基于微藻的生物肥料在各种农业系统中的有效性。通过使用随机效应模型，我们观察到与对照组相比，作物平均表现提高了51.75%（约52%）（95%置信区间：[39.15%，65.48%]，p < 0.0001），尽管研究之间的异质性很高（I² > 90%）。亚组分析显示，作物类型、环境条件和藻类种类对结果有显著影响。表现优异的作物，如绿豆（Vigna radiata）和番茄（Solanum lycopersicum），产量增幅超过了60%；而在受控环境下的效果比田间应用更为一致。除了促进植物生长外，微藻还通过增加微生物活性、酶功能和养分可用性显著改善了土壤健康。像Chlorella vulgaris和Scenedesmus obliquus这样的藻类始终表现出更强的效果，促进了根系伸长、光合作用效率和养分循环。此外，基于微藻的生物肥料还带来了显著的环境效益，包括减少对合成肥料的依赖、碳封存以及增强对非生物胁迫的抵抗力。尽管结果存在变异性，并且在可扩展性和生产成本方面存在挑战，但这些发现强调了微藻在全球推进可持续农业实践方面的潜力。未来的研究应侧重于标准化应用方法并优化配方，以促进基于微藻的生物肥料在可持续农业系统中的更广泛采用。

引言

确保可持续食品系统的需求日益增加，这引发了人们对环保农业实践的广泛关注。虽然传统的高投入农业方法具有较高的生产力，但对生态完整性和生物多样性产生了不利影响（Muhie, 2022; Tal, 2018）。可持续农业旨在提高作物生产力，同时保护自然资源并减少环境影响（Shah and Wu, 2019）。环保方法，如有机农业，依靠轮作、绿肥和生物害虫控制来维持土壤健康和管理害虫（Gamage et al., 2023）。这些方法被认为是对传统方法的环境友好、可生物降解且经济可行的替代方案（Durán-Lara et al., 2020）。可持续农业系统注重资源利用效率、系统重新设计以及土壤肥力和害虫的内部管理（Francis and Porter, 2011）。根据生产力、经济可行性、环境指标和社会后果来评估这些系统对于发展未来的可持续农业和食品系统至关重要。传统化学肥料几十年来无疑为作物生产力和产量做出了贡献。然而，对这些肥料的过度依赖导致了严重的生态问题，包括土壤退化、水体富营养化以及温室气体排放增加，所有这些都对生物多样性和长期农业可持续性构成了威胁（Lin et al., 2019）。随着全球人口的增长，对已经压力重重的农业系统提出了更高的食物生产要求，这些问题变得更加突出。基于微藻的生物肥料作为一种环境可持续的替代方案受到了关注，它们能够在不产生传统肥料负面生态影响的情况下提高土壤肥力和作物生产力（Gonçalves et al., 2023）。微藻以其高营养成分和高效循环养分的能力而闻名，使其成为开发生物肥料的理想候选者（Abudeshesh et al., 2024; Gonçalves et al., 2023; Kang et al., 2021; Osorio-Reyes et al., 2023）。此外，它们还产生多种生物活性化合物，如植物激素、多糖和氨基酸，这些化合物可以刺激植物生长、养分吸收和抗逆性（Brito-Lopez et al., 2025a）。它们多样的营养成分、支持有益土壤微生物群的能力以及最低的资源需求与可持续农业的目标相契合，允许实现环保的作物生产并改善养分循环。然而，尽管潜力巨大，但在可扩展性、成本效益和应用方法标准化方面仍存在挑战。尽管有许多单独的研究评估了基于微藻的生物肥料，但专门针对真核微藻并同时评估其对作物表现和土壤性质影响的定量综合研究仍然不足。本元分析正是针对这一知识空白进行的。

元分析

尽管关于微藻培养技术及其在生物肥料中应用的研究越来越多，但由于实验条件、微藻菌株、土壤类型和作物系统的差异，单个研究往往报告不同的结果。这些差异可能导致对基于微藻的生物肥料对土壤健康和植物生产力整体影响的理解不一致。因此进行了元分析，以综合和量化多项研究的结果。

研究方案

本元分析遵循了系统评价和元分析的优先报告条款（PRISMA）指南，以确保透明度、准确性和可重复性（Page et al., 2021）。该研究旨在综合关于基于微藻的生物肥料在改善农作物生长、产量和土壤健康方面的有效性证据。

搜索结果

通过数据库搜索共识别出399条记录，没有从注册表、网站或引用搜索中获取额外记录。在删除28条重复记录和252条被自动化工具判定为不符合条件的记录后，根据标题和摘要筛选出111条记录。其中8条记录因不符合纳入标准而被排除，剩下64篇全文文章进行资格评估。

在全文审查过程中，又有41篇文章被排除。

讨论

本研究的结果突显了基于微藻的生物肥料作为提高作物表现和土壤健康的可持续工具的潜力。在包括谷物、豆类、蔬菜和块茎作物在内的多种作物中，应用微藻后，生长参数（如根长、茎长、植株高度和生物量）均表现出一致性的改善（Dineshkumar et al., 2017a; Suchithra et al., 2022; Zhang et al., 2024）。这些效果可以归因于微藻的

作者贡献声明

雷达·法西·菲赫里（Reda Fassi Fihri）：撰写——原始草案、方法学、调查、数据分析、概念化。埃尔-瓦兹纳·布沙马（El-Ouazna Bouchamma）：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源提供

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据和材料的可用性

可根据请求提供

利益冲突声明

☒ 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。