Adv Sci | 中国农业大学张福锁院士团队“变废为宝”新突破,低品位磷矿直接变身绿色智能肥料

近日，中国农业大学张福锁院士团队黄成东课题组联合国内多所高校与肥料企业，在国际权威期刊Advanced Science上发表了一项重要研究成果，题为"Multifunctional Tailoring of Fertilizer Composites Directly Derived From Phosphate Rock"的研究论文。该研究成功突破了以磷矿为原料直接绿色合成智能肥料的关键技术瓶颈，为我国磷资源的高效、清洁和高值化利用开辟了全新路径。

这项成果的诞生，源于张福锁院士自2021年提出的“绿色智能肥料”前瞻性理念。他倡导推动传统肥料产业从高耗能、高排放的粗放模式，向绿色高效、智能精准的方向转型，实现对土壤-作物系统的动态调控与养分资源的最优配置，使肥料不仅更环保，也更“聪明”。

在这一理念引领下，研究团队依托与中国大型磷肥企业——云南云天化股份有限公司共建的绿色智能肥料创新平台，联合石河子大学、河北农业大学、郑州大学等多家科研单位，创新构建了磷-硫-尿素协同活化体系，首次实现了低品位磷矿不经传统酸解工艺而直接转化为多功能绿色智能肥料。

这一技术路径从根本上规避了传统磷肥生产过程中不可避免产生的大量磷尾矿与磷石膏等固体废弃物，实现了磷矿中磷、钙、镁等伴生营养元素的全量利用。我国90%以上的磷矿属于中低品位，传统加工方式不仅造成资源浪费，还加剧了土壤酸化与钙、镁营养缺乏等问题，严重制约农业可持续发展。在全球磷资源日益紧张的背景下，如何高效利用我国储量丰富但品位偏低的磷矿，已成为保障国家粮食安全和推动农业绿色转型的核心挑战。本研究系统揭示了PO₄³⁻在酸活化过程中的调控机制，阐明了养分释放动力学，并通过农学验证确认了其显著的增产与环境友好效应，为行业提供了兼具资源节约、生态保护与农业生产效益的可持续技术范式。

更为重要的是，这种新型绿色智能肥料在实际应用中展现出多重优势。其独特的多孔结构赋予肥料缓释特性，显著减少养分淋失——钙、镁的淋失率分别降至27.6%和73.9%，远优于传统肥料。盆栽试验显示，施用该肥料的小白菜生物量提升11.5%至23.4%，叶片中磷、钙、镁含量明显增加；在马铃薯和花生的田间试验中，同样观察到作物产量与养分利用效率同步提高。此外，肥料中活化的钙、镁离子可缓慢释放，有效中和土壤酸度，钝化有毒铝离子，使土壤pH值上升，作物叶片铝含量降低52.6%至80.0%，显著缓解酸性土壤对根系的毒害。整个生产工艺不产生磷石膏等固废，且经检测，肥料及施用后土壤、作物中的重金属含量均远低于国家限值，确保了从生产到田间的全链条环境安全。

该研究由张福锁院士总体设计并指导，凝聚了跨学科、跨领域的协同力量：石河子大学危常州教授、河北农业大学马文奇教授与王鑫鑫副教授、郑州大学侯翠红教授、云南云天化股份有限公司马航正高级工程师与王国栋高级工程师，以及中国农业大学申建波教授、王建超副教授、鲁振亚博士后等共同参与攻关，充分体现了“工农融合、产学研协同”的创新科研模式。论文第一作者为中国农业大学在读博士生漆增连，硕士生陈路路全程参与实验工作，中国科学院生态环境研究中心庄明浩研究员与中国农业大学黄成东副教授担任共同通讯作者。