中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所王国忠研究员、周洪建研究员团队成功利用硅基纳米材料表面粗糙度工程实现向作物叶片高效输送必需养分。

他们的研究结果发表在《ACSNano》上，揭示了一种最大化作物养分吸收的新策略。

传统的土壤施肥涉及向土壤施用养分，而叶面施肥则将养分直接喷洒到作物叶子表面。这使得养分能够直接参与作物代谢和有机质合成。然而，由于荷叶对作物叶片的影响，叶面养分经常在喷洒过程中滑落或被雨水冲走，最终进入环境。因此，需要一种解决方案来开发一种能够有效粘附在疏水性叶子表面的肥料技术。

在这项研究中，研究人员解决了某些肥料在施用过程中的不稳定性，例如亚铁元素Fe(II)氧化为Fe(III)，而植物难以吸收。他们以环保的硅基微纳米材料为载体，开发了一种pH控制的抗氧化亚铁叶面肥(ORFFF)输送系统。

通过将维生素C作为原位抗氧化剂，该系统可以缓解作物缺铁的情况并提高作物产量。ORFFF独特的中空结构和致密的交叉层状纳米片使其具有优异的亚铁抗氧化能力、高叶面附着效率、缓释养分能力以及植物叶片优异的耐雨性。

前几年，团队利用纳米二氧化硅进行表面粗糙度工程，创造出实心、空心、海胆形三种不同表面形状的新型叶面氮肥。与典型叶面氮肥相比，这些纳米结构肥料对花生和玉米叶片的附着力显着提高，附着能力分别提高了5.9倍和2.2倍。

用纳米结构肥料处理的玉米幼苗的氮利用率提高了2.3倍。载体的微纳米结构和高表面粗糙度优化了其质量，增强了肥料的润湿性和对作物叶片的附着力。

此外，针对现代农业缺镁问题，研究人员还开发了一种叶面镁肥，称为绒球镁叶面肥(PMFF)。他们使用氨辅助牺牲纳米二氧化硅模板，直接在纳米二氧化硅模板上构建了营养元素镁。

PMFF中镁的释放可以通过施肥时调节溶液的pH值来控制，以满足作物不同生长阶段对镁的需求。用PMFF处理的番茄幼苗的镁消耗率比标准叶面镁肥高9.0倍。

这些创新发现为利用智能工程纳米材料促进纳米农业肥料的有效输送提供了可行的方法，为提高作物营养和生产力提供了新的可能性。