磷危机背景下蓝铁矿作为缓释磷肥的利用效率与机制研究

本研究针对全球磷资源危机和磷肥供应不稳定的问题，探讨了从污水处理厂回收的蓝铁矿(Fe3(PO4)2·8H2O)作为缓释磷肥的应用潜力。研究人员通过盆栽实验比较了蓝铁矿在不同栽培基质(珍珠岩和石英砂)中的磷肥效率，发现其在石英砂中的矿物肥料当量(MFE)达15.8-20.3%，显著高于珍珠岩(6.6-7.4%)。研究揭示了蓝铁矿通过溶解和氧化两种机制释放磷的过程，为磷的循环利用提供了新思路。

　　

随着全球磷矿资源的日益枯竭和分布不均，磷危机已成为威胁全球粮食安全的重要问题。磷作为植物生长的必需营养元素，其稳定供应对农业生产至关重要。与此同时，污水处理厂(WWTPs)作为磷的"城市矿山"，每年处理着大量富含磷的废水。如何从这些废水中回收磷并实现循环利用，成为解决磷资源短缺的重要途径。在众多磷回收产品中，蓝铁矿(Fe₃(PO₄)₂·8H₂O)因其回收工艺简单、效率高等优势备受关注。然而，关于蓝铁矿作为磷肥的应用效果和机制研究仍存在明显不足，这严重制约了磷的循环利用。

广东理工学院-以色列理工学院(GTIIT)的研究团队针对这一科学问题开展了系统研究。他们通过盆栽实验评估了蓝铁矿作为缓释磷肥的效率，并深入探究了其在两种常见无土栽培基质中的转化机制。研究发现，蓝铁矿在石英砂中的磷肥效率显著高于珍珠岩，这主要归因于两种基质不同的物理化学性质。研究还首次阐明了蓝铁矿通过溶解和氧化两种途径释放磷的过程机制，为磷的循环利用提供了重要理论依据。相关成果发表在《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》上。

研究人员采用了盆栽实验、连续磷提取法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)等关键技术方法。盆栽实验选用黑麦草和番茄作为指示植物，分别在珍珠岩和石英砂两种基质中进行培养。通过测定植物生物量、磷吸收量等指标评估蓝铁矿的磷肥效率。连续磷提取法结合显微观察和光谱分析技术，系统追踪了蓝铁矿在植物生长过程中的转化过程。

研究结果显示，在为期3个月的实验中，蓝铁矿表现出稳定的缓释特性。在石英砂基质中，黑麦草对蓝铁矿磷的吸收量与时间呈线性关系，其矿物肥料当量(MFE)达到15.8-20.3%，显著高于珍珠岩基质中的6.6-7.4%。这种差异主要源于两种基质的不同特性：石英砂具有较高的水力传导率和较低的磷吸附能力，有利于蓝铁矿的溶解和磷的移动；而珍珠岩的高孔隙度和强氧化环境则促进了蓝铁矿的氧化，形成铁(氧)氢氧化物并固定磷。

通过连续磷提取分析发现，在珍珠岩中，蓝铁矿主要通过氧化途径释放磷，59%的总磷以Fe(III)-P形式存在；而在石英砂中，蓝铁矿主要通过溶解途径释放磷，植物对铁的摄取量也更高。XRD分析证实了珍珠岩中蓝铁矿氧化产物的形成，包括针铁矿(α-FeO(OH))和赤铁矿(Fe₂O₃)等。显微观察则直接捕捉到了培养后基质中残留的蓝铁矿颗粒。

这项研究首次系统评估了蓝铁矿作为缓释磷肥的效率，并阐明了其在两种常见无土栽培基质中的转化机制。研究结果表明，蓝铁矿可以作为一种有效的缓释磷肥，其肥效与栽培基质的性质密切相关。对于蓝铁矿这类难溶性磷源，选择低氧化条件、高水力传导率和弱吸附能力的基质(如石英砂)可以显著提高其磷肥效率。这一发现不仅为污水处理厂回收的蓝铁矿提供了明确的下游利用途径，也为实现磷的可持续管理提供了重要参考。研究建立的评价方法和获得的基础数据，将为推动磷的循环经济做出重要贡献。