将生物质能源废弃物转化为创新肥料：基于禽粪灰的肥料对生菜和玉米植株生长及矿物质营养的影响

《Soil Use and Management》：Transforming Biomass Power Wastes to Innovative Fertiliser: Effect of Poultry Manure Ash-Based Fertilisers on the Growth and Mineral Nutrition of Lettuce and Maize Plants

本研究利用生物质燃煤电厂飞灰（BA），通过硫酸和磷酸不同比例混合酸处理，优化磷及其他营养元素的溶解度，并评估其对生菜和玉米的生长效果。结果表明，75/25酸配比处理的BA基肥料在磷溶解度和植物生长方面优于传统肥料，同时保持重金属低污染，具有经济和环境效益。

　　本研究聚焦于利用生物质发电厂的锅炉灰（Boiler Ash, BA）作为磷肥原料的可行性，以及通过硫酸和磷酸混合物的最佳比例来提高BA中磷（P）的水溶性。随着全球人口的增长和农业需求的增加，传统磷肥的不可持续使用问题日益突出。目前，磷肥主要依赖有限的磷酸盐矿石资源，而这些资源的过度开采和消耗正在对全球磷供应构成威胁。因此，寻找替代的磷肥来源成为农业可持续发展的关键任务之一。BA作为一种废弃物，含有丰富的植物营养成分，如磷、钾、钙、镁、硅、铁、锌、铜和锰等，但其磷主要以难溶的氧化物形式存在，难以被植物直接吸收利用。因此，通过酸处理将BA中的磷转化为水溶性形式成为提高其肥效的重要手段。

为了评估不同酸处理比例对BA磷肥效果的影响，本研究采用硫酸和磷酸以100/0、75/25、50/50、25/75和0/100的比例混合处理BA，并分析其结构变化、营养成分含量及对作物生长的影响。通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术手段，研究人员对处理后的材料进行了形态和分子结构分析。结果表明，随着磷酸比例的增加，BA中磷的水溶性显著提高，尤其是在75/25比例的处理中，磷的水溶性达到最佳状态。此外，该比例还对铁、锌、铜和锰等微量元素的水溶性产生积极影响。然而，当硫酸比例增加至50/50和0/100时，水溶性磷的比例反而下降，这可能是由于硫酸的加入导致整体质量增加，从而稀释了磷的浓度。

在实际应用中，研究人员通过试验观察了处理后的BA对生菜和玉米的生长效果。结果表明，所有磷肥处理均显著提升了作物的干重，其中以75/25和100/0酸处理比例的效果最佳。与传统三倍超磷酸盐（Triple Superphosphate, TSP）相比，这些处理不仅能提供至少同等水平的磷，还能在某些情况下表现更优。然而，酸处理导致的磷浓度增加也伴随着微量元素浓度的下降，尤其是铁和锌的浓度明显减少。这表明，虽然BA酸处理能够有效提高磷的可利用性，但同时也可能影响其他营养元素的吸收效率。值得欣慰的是，BA基磷肥在减少微量元素流失方面表现优于TSP，这使其成为一种更加平衡的肥料选择。

在植物营养分析方面，生菜和玉米的生长表现均显示出对BA基磷肥的良好响应。其中，75/25比例的酸处理不仅提高了磷的吸收效率，还对其他元素如钾、钙和镁的可溶性浓度产生了积极影响。然而，随着酸处理中磷酸比例的增加，微量元素的可溶性浓度逐渐降低。这一现象可能与磷酸在土壤中与其他元素形成难溶性化合物有关，从而降低了其在植物根系中的可利用性。值得注意的是，尽管某些处理导致了微量元素的显著减少，但BA基磷肥仍然能够提供足够的营养成分以支持作物生长，尤其是在处理中添加了适量硫酸的情况下，微量元素的流失幅度较小。

在土壤特性方面，酸处理对土壤pH值和电导率（EC）的影响值得关注。所有处理均导致土壤pH值上升，而其中以75/25和100/0酸处理比例的pH值提升最为明显。然而，这些处理在一定程度上也改变了土壤的EC水平。例如，100/0酸处理显著提高了土壤的EC值，这可能与处理后材料中钾的释放有关。相比之下，75/25比例的处理则在保持土壤pH稳定的同时，降低了EC值，使其更接近自然状态。此外，BA基磷肥的使用并未显著改变土壤的总体EC水平，这表明其对土壤离子平衡的影响较小。

研究还指出，虽然BA含有丰富的营养成分，但其主要以难溶形式存在，这限制了其直接应用的效果。通过酸处理，可以有效提高BA中磷和其他元素的可溶性，从而增强其作为肥料的性能。然而，酸处理过程中的成本和效率需要权衡。在所有处理中，75/25比例的酸处理被认为是最优选择，因为它在提升磷的水溶性的同时，还能够保持其他元素的可利用性，同时控制酸的使用量，从而降低生产成本。此外，BA作为一种来源于动物饲料的生物质废弃物，其重金属含量相对较低，这使其在安全性方面优于传统磷肥。

尽管BA基磷肥在磷的吸收和作物生长方面表现出色，但其缺乏氮元素成为一个重要限制。现代农业中，复合型肥料（含氮、磷、钾）的应用日益广泛，因此，如何在BA基磷肥中添加氮以提高其全面性成为未来研究的方向。同时，研究还强调了BA作为磷肥原料的潜在经济和环境价值。通过回收和再利用BA，不仅可以减少对有限磷资源的依赖，还能降低农业生产成本，减少废弃物排放，符合循环经济的原则。

综上所述，本研究为利用BA作为磷肥原料提供了科学依据，并通过实验验证了不同酸处理比例对BA磷肥性能的影响。75/25比例的硫酸/磷酸混合物被证明是最优选择，能够在提高磷的水溶性的同时，维持其他营养元素的可利用性，并有效降低酸的使用成本。这一发现为农业废弃物资源化利用提供了新的思路，同时也为实现农业的可持续发展和减少对有限资源的依赖提供了可行的解决方案。未来，进一步研究如何在BA基磷肥中添加氮元素，以开发出更加全面的复合型肥料，将是推动农业可持续发展的关键步骤。