【CIS特肥大会】姜存仓：新型微量元素肥料增效载体的筛选、构建及应用效应

华中农业大学资源与环境学院 姜存仓教授

微量元素的补充在国际上日益引起重视，而当前微量元素已经成为我国作物提质增效的限制因子。

随着我国作物产量不断提高，氮、磷和钾肥投入不断增加，却忽视了植物必需微量元素的施用，造成微量元素失衡状况日趋严重。调查显示：全国超过50%耕地，尤其中低产田不同区域土壤微量元素（硼、铁、锌等）缺乏严重，制约了作物产量和品质的提升！

因此，微肥新产品的研发及施用是当前亟需解决的关键问题。

增效载体类型及应用状况分析

普通微肥包括铁肥、锰肥、硼肥、锌肥、铜肥和钼肥等，它们主要由一些无机盐类和氧化物组成。如何提高其利用率、降低其对环境的影响，很多学者和企业采用了增效载体。

新型增效微肥的技术核心是增效载体的筛选或构建，所以构建和选对增效载体是实现微肥功能提升的关键。

增效微肥：通过添加各类增效载体，改性增效制成的微量元素肥料称为增效微肥。

不同载体肥料的研究及其效应

试验一、不同载体硼肥对油菜苗期生长及生理特性的影响。

世界上已有80多个国家132种作物报道了施硼有明显增产效果。硼在许多种植物中一直被认为是难移动的（Brown and Shelp 1997）。

Brown等在测定芹菜韧皮部汁液中硼复合物的含量时，发现硼与甘露醇、山梨醇和果糖形成了稳定的复合物。

Hu等通过芹菜试验证明以多元醇（如山梨醇、半乳糖醇、甘露醇等）为光合作用初级运输物的任何植物中，硼可以与多元醇形成复合物，从而在其韧皮部中自由移动。

在初级光合产物为顺式二元醇的植物中硼可以与这些物质形成硼-多元醇复合物，从而允许硼在韧皮部中轻易的运输（Brown and Hu 1996; Jiang et al. 2008）。

在烟草中通过调控山梨醇合成，使硼吸收和分配受到了明显的影响（Bellaloui et al. 1999）。通过转基因方式增加植物体内山梨醇的合成，发现植物韧皮部中硼移动性增加，并且提高了植物对于缺硼耐受性（Brown et al. 1999; Bellaloui et al. 2003）。

这些结果进一步证实顺式二元醇在提高硼移动性方面的作用。当前，新型硼肥施用已成为提高作物产量与品质的有效农业措施，研发更加有效的新型硼肥，具有重要意义。

试验二. 不同氨基酸对玉米发芽及生理的影响

当前市场上氨基酸肥料较多。研究表明，小麦、番茄等植物可吸收有机氮，尤其是各种氨基酸等。外源氨基酸影响植物物质积累、转化以及植物生长发育，但不同种类氨基酸有不同生理效应。

研究表明脯氨酸可有效缓解盐胁迫对水稻种子发芽的抑制作用，改善水稻幼苗生长以及提高其可溶性糖含量；甘氨酸、组氨酸和蛋氨酸在促进菜心生长和增产，提高叶片蛋白质含量，降低硝酸盐含量等方面有显著作用；另有研究表明，甘氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和组氨酸等能促进作物物质积累；甘氨酸、异亮氨酸或脯氨酸单独施用可降低白菜硝酸盐含量，提高可溶性糖和蛋白质含量。甘氨酸、谷氨酸和赖氨酸能提高高温胁迫下水稻抗性。蛋氨酸是乙烯生物合成的前体，适宜浓度处理可促进黄瓜种子萌发以及幼苗生长。

本研究探讨甘氨酸、脯氨酸、蛋氨酸和组氨酸浸种对玉米苗期发芽率、生长状况及抗氧化酶活性的影响，为不同种类氨基酸的应用提供理论基础。

主要试验结果：

1. 生长状况：不同氨基酸浸种均可改善玉米种子萌发的生长状况，但不同种类或不同浓度的氨基酸影响效果有较大差异。四种氨基酸中，甘氨酸、蛋氨酸效果相近，均较好，其次是组氨酸，最差的是脯氨酸。

2. 胚芽长：与CK相比，四种氨基酸均可促进玉米种子胚芽长，且以甘氨酸和蛋氨酸的影响效果较好，组氨酸效果大于脯氨酸；

对于甘氨酸，低浓度效应较好，与CK相比，胚芽长增加了161.9%；

对于蛋氨酸，高浓度效果较好，与CK相比，胚芽长增加了171.4%；

3、生物量鲜重：甘氨酸、组氨酸对鲜重提升影响较大，并且以中浓度甘氨酸、组氨酸提升幅度最高。蛋氨酸则抑制了物质的积累。

4. 发芽率：氨基酸能够很好地促进提升玉米种子发芽势和发芽率。

试验三. 不同腐殖酸用量对作物生长及生理的影响

试验四. 纳米载体材料对作物生长及生理的影响

纳米材料是指纳米级尺寸（1-100 nm）范围内或具有纳米级内部结构或表面结构的物质, (Dasgupta et al 2017)，有较高的比表面积和体积，这使NPs具有较强的吸附性、反应性、物理化学动态性以及在水溶液体系中的团聚能力(Mauter et al 2018, Singh and Husen 2020)。

NPs可能通过各种途径干扰植物代谢，探究NPs和植物之间的相互作用，包括对其的吸收、积累、转运和生理反应，有望进一步提高养分利用率和作物产量来改善作物生产(Wang et al 2016)。

L-天冬氨酸纳米钙（Ca(L-asp)-NPs）是螯合型氨基酸Ca，结构稳定、水溶性好、吸收率高，是一种较高生物活性的有机Ca（戎舜城和毕靖芳 2002）。但它对作物生长的影响以及能否作为新型纳米肥料应用在农业生产中尚需研究。

试验五. 炭基铁肥缓解作物盐碱和缺铁双胁迫效应及机制（正在进行）

炭基铁肥展现出了更好的效果，促进了棉花的生长；

炭基铁肥能够通过降低土壤盐分，缓解植物的盐胁迫；

负载到生物炭表面的铁氧化物能够释放到土壤中，可以为植物提供铁营养。

新型微量元素肥料增效载体的前景展望

1、现有增效载体的筛选；

2、增效载体源头构建、开发（如：人体健康相关的氨基酸载体等）；

3、配套的新型载体肥料原料的选择；

4、载体肥料工艺措施优化；

5、开发新功能食品、服务人体健康，解决“隐形饥饿”。