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为解决过度使用氮（N）磷（P）化肥导致的环境退化及养分利用低效问题，研究人员开展生物炭基缓释肥料（BAPF）研究。通过土壤 incubation 和温室试验发现，BAPF 可改善养分释放动态，提高小麦产量和养分回收率，为可持续农业提供新途径。
农业生产中，为追求高产而大量施用氮（N）、磷（P）化肥的现象十分普遍。然而，这一做法不仅导致水体富营养化、土壤酸化等环境问题，还因养分易流失、易被土壤固定，使得氮磷利用率极低，如氮通过淋溶和挥发损失超 50%，磷因土壤固定导致植物可利用性不足 10%，尤其在高磷固定的火山土壤（如安第斯土）中问题更为突出。因此，开发能够精准控释养分、减少损失的新型肥料，成为农业可持续发展的迫切需求。
来自智利拉弗龙特拉大学的研究人员针对这一挑战，开展了生物炭基缓释磷酸铵肥料（BAPF）的合成及其性能研究。相关成果发表在《Environmental Technology》上，为解决传统化肥的弊端提供了新的技术方案。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- 生物炭制备：以燕麦壳为原料，在 300℃下通过热解制备生物炭（OHB），并对其进行物理化学表征，包括扫描电子显微镜（SEM）、粒径分布（PSD）、热重分析（TGA）等。
- BAPF 合成：将 OHB 与尿素、磷酸二铵按优化比例（1:1.25:1.25:1）混合，在 100℃、1.0 bar 条件下制备成粒径 2-4 mm 的缓释肥料。
- 土壤 incubation 实验：在控制条件下，对比 BAPF、传统化肥（CF）、燕麦壳生物炭（OHB）和对照组（CT）的养分释放动态，分析氮（NH??-N、NO??-N）和磷（Olsen-P）的浓度变化及氨化、硝化速率。
- 温室盆栽试验：以春小麦 “Pantera” 为模型植物，评估 BAPF 对植物生长、养分吸收和产量的影响，测定生物量、籽粒产量、氮磷回收率等指标。
研究结果
1. BAPF 的物理化学特性
扫描电子显微镜显示，OHB 具有多孔纤维结构，而 BAPF 因养分负载呈现更紧凑均匀的表面。热重分析表明，BAPF 的水分保留量比 OHB 高 88%，挥发性物质含量增加 1.8 倍，表明养分成功嵌入生物炭基质。傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测到新的官能团（如 C=O、P-O-C），证实了氮磷化合物与生物炭的化学结合。化学分析显示，BAPF 的氮含量从 OHB 的 1.1% 提升至 21.4%，磷含量从 2.1 mg/kg 增至 3.3 mg/kg，表明养分负载成功。
2. 土壤养分动态
- 氮释放：CF 处理初期 NH??-N 浓度迅速升高，但随后大幅下降，而 BAPF 的 NH??-N 释放更为平缓，峰值出现在第 7 天，且在第 60 天时总氮含量比 CF 高 6%。BAPF 的硝化速率是未施肥处理的 2.6 倍，表明其促进氮素向植物可利用形态（NO??-N）转化。
- 磷释放：BAPF 处理的土壤有效磷（Olsen-P）始终比 CF 高 20%，尤其在第 15 天，磷浓度比 CF 和 CT 高 25%，显示出其在高磷固定土壤中保持磷有效性的能力。
- 土壤 pH 与酶活性：施肥处理（CF 和 BAPF）导致土壤 pH 略有下降，但 BAPF 因生物炭的缓冲作用，pH 降幅小于 CF。氨化速率在未施肥处理中更高，而硝化速率在施肥处理中显著提升，其中 BAPF 的硝化活性最强。
3. 小麦生长与产量
- 生物量与产量：BAPF 处理的小麦地上部生物量比 CF 高 16%，籽粒产量增加 15%。根系氮浓度比 CF 高 10%，表明其养分吸收能力更强。
- 养分回收率：BAPF 的氮表观回收率（ARN）达 55.0%，显著高于 CF 的 36.5%；磷表观回收率（ARP）从 CF 的 8.9% 提升至 18.5%，表明其能有效减少磷的固定损失。
研究结论与意义
本研究成功开发的 BAPF 通过生物炭的吸附与缓释特性，实现了氮磷养分的持续供应，显著提高了养分利用率，减少了环境损失。在高磷固定的火山土壤中，BAPF 表现出优于传统化肥的养分保持能力，为解决酸性、高固定土壤的施肥难题提供了可行方案。其核心机制包括：生物炭的多孔结构延缓养分释放、官能团与养分的化学结合减少固定、促进硝化作用提升氮有效性。该研究不仅为缓释肥料的设计提供了新范式，也为农业可持续发展中 “减量化肥投入、提升生态效益” 的目标提供了科学依据。未来需进一步开展田间长期试验，验证其在不同土壤类型中的适用性及经济可行性，推动该技术从实验室向实际农业生产的转化。
