废弃物资源化新型硫肥：精准匹配作物营养需求与土壤改良的突破

针对碱性土壤硫缺乏和磷有效性低的全球性难题，中国科研团队创新开发了基于生物油基的聚合硫(PS)和工业废气脱硫产物生物硫(BS)。通过土壤培养、盆栽及大田实验证实，PS和BS的60天硫氧化率分别达81%和89%，是传统元素硫(ES)的1.2-1.7倍，显著提升玉米硫磷吸收(18-37%和17-26%)及产量(10.6-11.9%)。该研究为工农业废弃物资源化与绿色肥料开发提供新范式。

　　

在全球农业可持续发展面临严峻挑战的背景下，土壤硫缺乏与磷固定化问题日益突出。过去四十年间，由于集约化耕作、无硫肥料使用增加以及大气硫沉降减少，全球超过70个国家出现耕地硫缺乏现象。与此同时，碱性土壤中磷元素易被固定，利用率不足30%，严重制约作物产量。传统硫酸盐肥料存在淋溶损失风险，而元素硫(ES)氧化周期长达100-1000天，难以匹配作物生长需求。如何开发兼具高效硫释放与磷活化功能的新型肥料，成为农业与环境科学交叉领域的关键课题。

中国科研团队在《Resources, Conservation and Recycling》发表的研究中，开创性地利用工业废气脱硫产物和生物油基废弃物，开发出两种新型硫肥——聚合硫(PS)和生物硫(BS)。通过多尺度实验验证，这两种肥料成功将硫氧化周期缩短至60天，精准对接玉米关键生长期需求，同时通过调控根际微环境显著提升磷有效性，为工农业废弃物协同资源化提供了典范案例。

研究采用三大关键技术：1) 通过逆硫化反应将大豆油与元素硫合成具有特殊分子结构的PS；2) 利用硫氧化细菌(SOB)将工业废气中的H₂S直接转化为BS的生物脱硫工艺；3) 结合X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)解析材料结构特征。实验设计包含土壤培养(评估硫氧化动力学)、盆栽(测定养分吸收)和田间试验(验证农艺效应)三个层次。

结构表征与组成测定
XRD分析显示BS保持与ES相同的晶体结构，但在22.92°-23°出现特征峰；PS则呈现独特的非晶态结构。FTIR证实PS中存在C-S键(1050 cm^-1)和S-S键(470 cm^-1)，这种特殊分子排列是加速氧化的结构基础。

营养释放特性
土壤培养实验表明，60天内BS和PS的氧化率分别达89%和81%，是ES(约50%)的1.7倍。粒径分析揭示BS的比表面积达17.38 μm，而PS通过分子层面的结构重组实现更快氧化，突破传统微米化硫(MS)的物理局限。

土壤磷活化机制
PS处理使根际pH降低0.8单位，酸性磷酸酶活性提升42%。同步辐射分析显示，PS促进Fe-P向Ca-P转化，使有效磷含量增加26%。BS则通过刺激SOB群落增殖，加速硫代硫酸盐中间产物的生成。

作物响应效应
田间试验证实，BS处理玉米产量较对照提高11.9%，籽粒硫含量增加37%。值得注意的是，PS在生殖生长阶段表现出持续供硫特性，使磷吸收效率提升26%，证实其"硫磷协同"效应。

该研究首次系统论证了废弃物衍生硫肥的"三重效益"：环境效益(年处理102×10⁶吨废气)、资源效益(替代60%传统硫肥)和农艺效益(增产10%以上)。PS独特的分子设计为缓控释肥料开发提供新思路，而BS的工业化生产路径实现了污染治理与农业应用的闭环。这些发现对发展"双碳"目标下的绿色农业具有重要指导价值，尤其为碱性土壤改良和磷资源高效利用提供了关键技术支撑。