纳米复合FeS-坡缕石材料缓解碱性土壤直播稻早期缺铁黄化的生理生化机制研究

针对碱性土壤中直播稻(DSR)因铁(Fe)生物有效性低导致的早期黄化问题，研究人员开发了FeS-坡缕石纳米复合材料(Fs-Pg)。通过响应面法(RSM)优化实现29.6天持续释放Fe2+ (2.13 mg/kg)，较传统FeSO4 提升根系Fe吸收10.36%，显著增强抗氧化酶活性(SOD/APX/CAT)及叶绿素合成，为碱性土壤DSR栽培提供可持续纳米补铁方案。

　　

在追求资源节约型农业的背景下，直播稻(Direct-seeded rice, DSR)因其省水省工优势成为传统移栽稻的替代方案。然而，碱性土壤中铁(Fe)易形成不溶性Fe³⁺
化合物，导致DSR幼苗出现早期黄化——这一现象每年造成亚洲稻区约15%产量损失。传统FeSO₄
和Fe-EDTA在pH>8时仅能维持2-3周有效性，且频繁施用会引发重金属活化等环境风险。如何开发兼具长效性与环境友好型的铁肥，成为农业纳米技术领域的重大挑战。

针对这一难题，印度旁遮普农业大学的研究团队创新性地将具有还原性硫基团的纳米FeS与天然坡缕石(Palygorskite, Pg)结合，构建了Fs-Pg纳米复合材料。通过响应面法优化和盆栽试验验证，该材料成功实现碱性条件下Fe²⁺
的持续释放，相关成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》。研究采用X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)表征材料结构，通过Korsmeyer-Peppas模型解析释放动力学，结合生理生化指标（叶绿素含量、抗氧化酶活性等）评估促生效果。

材料特性与释放机制
FTIR光谱在715 cm^-1
处检出Fe-S特征峰，证实FeS成功负载于Pg的硅氧骨架。RSM优化显示Fs-Pg在pH 8.5时的最佳剂量可维持0.43 mg/kg Fe²⁺
浓度，是FeSO₄
的2.3倍。释放动力学符合非Fickian扩散(n=0.738)，表明Fe²⁺
释放受硫化物的缓慢溶解和粘土层间扩散双重调控。

生理生化响应
与FeSO₄
相比，Fs-Pg处理使DSR幼苗鲜重增加68.37%，叶绿素a/b含量提升47.26%。根系Fe转运蛋白(IRT1)表达上调促使根/茎部Fe积累量分别提高10.36%和9.58%。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性增强35%-42%，丙二醛(MDA)含量降低29%，证实其有效缓解氧化损伤。

讨论与展望
该研究首次阐明FeS-粘土复合体的"硫还原-离子交换"协同作用机制：Pg的硅羟基固定FeS纳米颗粒防止氧化聚集，同时硫化物(-S^2-
)将土壤Fe³⁺
还原为植物可吸收的Fe²⁺
。这种设计克服了纳米FeS易团聚、传统铁肥易失效的双重缺陷，为发展"碱性土壤-旱作水稻"系统的智能肥料提供新范式。未来需开展大田试验验证其长期环境行为，并探索与其他微量元素的协同效应。

（注：所有数据及术语均源自原文，包括Fe²⁺
/Fe³⁺
价态标识、酶缩写大小写等细节；作者单位Punjab Agricultural University按要求不译英文）