基于Zn-Alg-CaCO3微颗粒的智能叶面肥提升鱼菜共生番茄栽培的产量与营养品质

为解决鱼菜共生系统中微量元素缺乏导致的作物产量和品质下降问题，意大利Tor Vergata大学团队开发了锌功能化碳酸钙微颗粒(Zn-Alg-CaCO3 MPs)叶面肥。研究表明，250 ppm处理使番茄单株产量提升74.9%，果实抗氧化活性及酚类、黄酮、番茄红素含量显著提高，且未污染循环水系统，为可持续精准农业提供了创新解决方案。

　　

随着全球对可持续食品生产需求的增长，鱼菜共生系统因其节水、环保等优势备受关注。然而，这类系统存在微量元素随时间耗竭的致命缺陷，尤其是锌(Zn)的缺乏会导致植物叶片黄化、生长受阻及果实减产。锌作为参与300多种酶活性的关键元素，其缺乏直接影响作物产量和营养价值。传统施肥方式易造成水体污染，威胁鱼类生存，这一矛盾成为制约鱼菜共生技术推广的瓶颈。

意大利Tor Vergata大学Davide Frassine团队在《Scientific Reports》发表研究，创新性地将锌负载于海藻酸钠修饰的碳酸钙微颗粒(Zn-Alg-CaCO₃ MPs)，通过叶面喷施实现精准营养补充。研究采用深水栽培(DWC)鱼菜共生系统，以"Principe Borghese"番茄为模型，设置10、50、250 ppm三个浓度梯度，通过扫描电镜/能谱(SEM/EDX)和傅里叶红外光谱(FTIR)证实微颗粒具有3-5μm的核壳结构，锌元素均匀分布在CaCO₃基质中。

Recirculating water composition
水质分析显示系统水中锌含量始终低于0.01 mg/L，证实叶面施肥未造成水体污染。

Yield parameters
250 ppm处理组实现单株果实数增加44.4%，平均果重提升22.1%，单株产量增幅达74.9%，显著优于对照组和其他浓度组。

Quality traits
营养品质分析呈现剂量依赖性改善：250 ppm组黄酮(FLA)含量增加55.02%，所有处理组铁还原抗氧化能力(FRAP)提升15-17.45%。有趣的是，番茄红素(LYC)在10 ppm和250 ppm组分别增加176.51%和143.10%，呈现"U型"剂量效应，可能与苯丙烷代谢通路中苯丙氨酸解氨酶(PAL)和查尔酮合成酶(CHS)的差异激活有关。

该研究通过核心技术创新解决了鱼菜共生系统的关键瓶颈：①核壳结构微颗粒实现锌元素控释，避免传统施肥的环境风险；②叶面施用突破根系吸收限制，250 ppm剂量可激活次级代谢通路，同步提升产量和功能成分；③为联合国可持续发展目标(SDGs)中的"零饥饿"和"清洁水源"提供了可量化解决方案。讨论部分指出，这种"精准营养"模式可推广至土壤栽培系统，未来研究需探索锌与其他微量元素的协同效应及分子调控机制。

研究团队特别强调，该技术已通过意大利Lazio大区和国家研究基金支持，进入产业化开发阶段(ASTERIA项目)。这种将纳米技术与传统农业相结合的创新思路，为应对气候变化下的粮食安全挑战提供了新范式。