新型精氨酸-铁-六偏磷酸盐复合物显著减少欧洲赤松幼苗生产中的硝酸盐淋失

本研究针对林业苗圃中无机氮肥导致的硝酸盐淋失问题，开发了一种基于精氨酸(Arginine)的缓释肥料——精氨酸-铁-六偏磷酸盐复合物(Arginine Fe-HMP)。通过6个月的温室实验证实，该复合物在促进欧洲赤松(Pinus sylvestris)幼苗生长方面与商业缓释肥(Osmocote)相当，但硝酸盐淋失量显著降低。研究采用SEM-EDS、FTIR、XRD等技术表征材料特性，并通过氮预算分析发现幼苗可能存在生物固氮现象。这项由瑞典农业科学大学等机构完成的研究为可持续苗木生产提供了新方案，相关成果发表于《Scientific Reports》。

　　

在林业苗木生产中，无机氮肥的大量使用带来严峻环境挑战。传统肥料中高达30-50%的氮素通过淋失进入地下水，不仅造成资源浪费，更导致水体富营养化和生态系统破坏。尤其对于北欧主要造林树种欧洲赤松(Pinus sylvestris)，其苗圃单位面积的施肥量甚至超过农田，使得硝酸盐(NO₃^-)污染问题尤为突出。

瑞典农业科学大学(Ume? Plant Science Centre, Swedish University of Agricultural Sciences)领衔的研究团队创新性地开发了精氨酸-铁-六偏磷酸盐复合物(Arginine Fe-HMP)。这种有机缓释肥料通过将精氨酸与六偏磷酸钠(HMP)和硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)反应沉淀制备，其氮素释放缓慢且与植物需求同步。研究证实，该材料能使欧洲赤松幼苗在6个月生长期内获得与商业缓释肥(Osmocote)相当的生物量，同时将硝酸盐淋失量降低至近乎检测不到的水平。这项突破性成果发表于《Scientific Reports》，为可持续林业实践提供了关键技术支撑。

研究团队采用多尺度表征技术：通过元素分析(ICP-OES)测定复合物组分，扫描电镜-能谱联用(SEM-EDS)分析形貌特征，傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定官能团，X射线衍射(XRD)评估结晶度，并利用同步辐射X射线吸收光谱(XAS)解析铁元素的配位环境。温室实验中设置对照、Arginine Fe-HMP和商业缓释肥三组处理，监测幼苗生长参数、营养流失及微生物活动，采用乙炔还原法测定固氮活性，并通过δ¹⁵N同位素分析追踪氮素去向。

Arginine Fe-HMP结构特性

材料表征显示该复合物为无定形沉淀物，碳氮比(0.668)与精氨酸理论值(0.67)一致，证实氨基酸结构完整。FTIR谱图中3400-2800 cm^-1处的宽峰对应精氨酸胍基的N-H振动，1250-950 cm^-1特征峰证实P-O键存在。XAS表明铁以Fe-O配位为主，可能形成[Fe(H₂O)₆]^2+/3+水合离子结构。

精氨酸Fe-HMP促进幼苗生长

径流检测显示商业缓释肥处理组硝酸盐流失量达12.5 mg/L，而Arginine Fe-HMP组仅为0.2 mg/L。幼苗生物量测定表明，两种施肥处理的根干重(约18 mg/株)和茎干重(约45 mg/株)均显著高于对照组，且Arginine Fe-HMP组植株均一性更佳。

氮预算与固氮现象

氮平衡计算发现各组存在11-25%的"超额氮"，其中对照组最高。δ^{15N分析显示土壤同位素值从初始的-2.77‰升至-1.88‰(对照)和-1.85‰(Arginine Fe-HMP)，结合乙炔还原实验检测到的固氮活性(0.8-1.5 nmol C₂H₄/g/h)，推测可能存在微生物固氮补充氮源。}

该研究证实Arginine Fe-HMP能有效协调苗木生长与环境保护的矛盾。其缓释特性源于精氨酸与多磷酸铁形成的特殊结构，这种设计既避免了传统聚合物包膜的环境负担，又通过铁-磷协同作用可能激活土壤微生物固氮功能。研究提出的"碳奖励"机制(organic nitrogen assimilation requires less carbon cost)为理解有机氮肥的增效原理提供了新视角。作为首个将氨基酸-多磷酸盐复合物应用于林业苗圃的研究，其成果对实现联合国可持续发展目标中"负责任的氮管理"具有示范意义，未来可通过优化磷酸链长度进一步调控养分释放动力学。