近日，江苏省农科院农业资源与环境研究所在国际权威期刊Nature Sustainability上发表题为“ Closing the gap between climate regulation and food security with nano iron oxides ”的研究论文，首次从全球变化下的农田生态系统为出发点，明确了农业纳米赋能的重要性，为构建应对全球变化的可持续型农业生态系统提供了理论依据和实践指导。农业资源与环境研究所面源污染治理创新团队何世颖研究员、南京林业大学化工学院冯有智教授和西班牙塞维利亚自然资源和农业生物研究所Manuel Delgado-Baquerizo教授为该论文通讯作者。
该研究合成了纳米氧化铁材料（Fe3O4NPs，大小约12 nm），通过4年的长期田间定位实验，发现纳米氧化铁肥的施用能够减少稻田温室气体的排放，增加土壤碳汇，同时促进作物产量。具体而言，纳米氧化铁肥通过影响水稻土碳氮循环过程及其微生物学特征，能够降低稻田甲烷和氧化亚氮的排放，进而将更多碳和养分滞留在土壤中，促进土壤地力的提升。与此同时，纳米氧化铁自身化学结构还能固持土壤中的铵态氮，减少稻田氨挥发并产生控释氮肥的作用以增加作物产量。此外，全生命周期分析表明纳米铁肥不仅能够降低生产-运输-施用等全链条过程中的碳排放，还能增加净收益。该研究得到国家重点研发项目（2021YFD1700803）和国家自然科学基金（42177297, 41771295, 42277332）等项目资助。
Nature Sustainability还对本文发表了专题评述文章（https://doi.org/10.1038/s41893-024-01335-5）。美国CAES首席科学家Christian O. Dimkpa教授高度评价了本项研究成果，认为“该工作展示了纳米肥料的重大进步，纳米技术将推动农业可持续性发展”。
施肥是重要的农业措施之一，但是传统肥料施用难以解决粮食安全和温室气体排放之间的矛盾，即施肥在促进粮食增产的同时会增加温室气体的排放；反之，减施虽然会降低温室气体的排放，但必然也影响粮食产量。因此，急需开发新型肥料来解决两者之间的矛盾。近年来，铁元素在土壤生态系统的元素生物地球化学循环耦合过程中的重要性日益凸现。纳米铁肥作为一代新型的肥料，已经逐步应用于农业生产中，但当前研究多聚焦于作物的生理需求，而纳米铁肥对整个农田生态系统全局性的影响还鲜有报道，特别是缺乏长期的跟踪研究。该研究成果将有助于我们构建可持续型农业生态系统，以应对日益加剧的全球变化。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01334-6