Nat. Sustain.∣用纳米氧化铁弥合气候调控与食品安全之间的差距

“Nat. Sustain.∣用纳米氧化铁弥合气候调控与食品安全之间的差距”

文献信息：

Yongjie Yu, Youzhi Feng, Yingliang Yu, Lihong Xue, Linzhang Yang, Linghao Zhong, Manuel Delgado-Baquerizo, and Shiying He.

https://doi.org/10.1038/s41893-024-01334-6

Nature Sustainability 影响因子：27.6

背景介绍

水稻生产在气候调节和粮食安全之间存在着最重要的两难困境之一。虽然施肥通常会导致更高的产量，但也伴随着更多的温室气体（GHG）排放。对于这一困境，最终的考虑通常取决于在支持不断增长的全球人口的同时，减缓正在进行的气候变化的权衡。

在这里，作者进行了为期4年的田间试验，评估了以每年6.3 kg/ha的基础肥料铁氧化物纳米颗粒（FeONPs）作为基础肥料，以弥合这种权衡的能力。与尿素施肥相比，FeONPs可以通过减少50%的甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）排放来减缓气候变化，同时在第四年实现7.4%的土壤碳封存。此外，通过减少氨挥发和氮在纳米颗粒中的封存，FeONPs改善了土壤氮养分的保留，导致粮食产量增加了25%。作者的研究结果表明，FeONPs的效果在连续使用4年期间变得越来越显著。

综上所述，作者的研究揭示了FeONPs作为下一代肥料具有解决粮食安全需求与遵守气候调节之间困境的巨大潜力。
   

图文解读

图. 1 | 一个概念性框架，展示了FeONPs施肥

如何在稻田生态系统中

弥合气候调节与粮食安全之间的权衡

在理论上，FeONPs施肥可以帮助建立减少温室气体排放的可持续稻田生态系统。FeONPs可以通过抑制参与土壤碳循环的土壤酶活性和刺激铁氨化作用来减少CH₄和N₂O排放。通过促进土壤肥力和作物产量，FeONPs可以通过降低氧化酶与水解酶的比例，并通过纳米颗粒的封存来减少氨挥发，从而增强碳封存。SOC，土壤有机碳。

图2 | FeONPs施肥通过

调节相关微生物功能基因的丰度，

在第四年降低了温室气体排放

施肥处理：No，不施肥；尿素，以240 kg 尿素N/ha的正常施肥；FeONPs，相当于尿素处理中相同的6.3 kg/ha纳米颗粒和肥料

a、d，不同施肥处理下不同水稻生长阶段的CH₄和N₂O排放速率。 

b、c，第四年累积的CH₄（b）和N₂O（c）排放量。     

e，全球增暖潜势（GWP，等于25 × CH₄ + 298 × N₂O）。 

f，温室气体排放指数（GHGI，等于GWP/水稻产量）。 

g，氧化酶与水解酶的比值。 

h，甲烷生成mcrA基因丰度（d.w.s.，干重土壤）。 

i，铁氨化速率。 

j，地球化学基因丰度。 

k、l，不同水稻生长阶段的土壤NH₄⁺（k）和NO₃^-（l）含量。 

m，土壤有机碳含量。 

所有指标均为三次测量。数据为均值±标准偏差（n = 3）。*P < 0.05（单因素方差分析，Tukey's测试）。

  

a、在4年稻作期间不同施肥处理下水稻产量的变化。 

b、第四年不同水稻生长阶段的植物干物质。 

c、第四年不同水稻生长阶段的植物氮含量。 

d、第四年氮利用效率。 

e、第四年拔节期水稻叶片的SPAD值。 

f、第四年不同水稻生长阶段的氨挥发。 

所有指标均为三次测量。a–f中的数据均表示为均值±标准偏差（n = 3）。*P < 0.05（单因素方差分析，Tukey's测试）。     

g、FeONPs和铵混合物的红外光谱分析。

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