《Agriculture》：Effect of Phosphorus Fertilizer Type on Micronutrient Nutrition of Wheat Under Mediterranean Drought Conditions
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作物的微量营养元素缺乏不仅是农业问题，在以谷物为主食的人群中还会导致严重的健康问题。磷（P）肥施用与干旱胁迫均会加剧这一问题。然而，关于由回收途径获得的多种磷肥（生物基肥料，biobased fertilizers, BBFs）在缺水条件下对微量营养元素吸收的
作物的微量营养元素缺乏不仅是农业问题，在以谷物为主食的人群中还会导致严重的健康问题。磷（P）肥施用与干旱胁迫均会加剧这一问题。然而，关于由回收途径获得的多种磷肥（生物基肥料，biobased fertilizers, BBFs）在缺水条件下对微量营养元素吸收的影响，目前仍了解不足。研究人员在西班牙南部雨养条件下开展了为期两个生长季的田间试验，以评价不同磷肥对小麦铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）和锌（Zn）营养的影响。微量营养元素的吸收与体内平衡因肥料种类而异，而这种差异无法由肥料带入的养分量来解释。第一年，堆肥型BBFs使籽粒Fe浓度降低20%，而灰化获得的肥料使籽粒Fe浓度较过磷酸钙（superphosphate）提高84.7%。除堆肥外，BBFs使P:Fe摩尔比降低48%，表明Fe的生物可消化性较过磷酸钙提高。BBFs降低了P-Zn拮抗的风险。富碳型BBFs降低了收获指数（harvest index, HI），从而影响微量营养元素的再活化。第二年严重干旱导致各BBFs之间在所评价变量上无显著差异。这些结果为肥料类型对微量营养元素营养的影响提供了重要认识，表明在干旱条件下，某些肥料相对于可溶性矿物肥料对生物强化（biofortification）具有积极作用。
研究背景
全球约20亿人面临饮食中的微量营养元素缺乏，即所谓“隐性饥饿”（hidden hunger）。谷物对锌（Zn）缺乏敏感且作为主食地位重要，因此实现与零饥饿和优质饮食相关的可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs）备受关注。土壤微量营养元素的生物有效性取决于其浓度及土壤物理、化学、生物学性质及其与其他养分的动态互作，其中磷（phosphorus, P）是最强烈影响铁（Fe）和锌动态的大量元素，其通过形成P-Zn和P-Fe络合物发挥作用。矿物磷肥通常负面影响微量营养元素有效性；有机肥料一般通过螯合（chelation）等机制提高生物有效性，但有机-矿物复合物的形成也可能限制有效性。生物基肥料（biobased fertilizers, BBFs）因原料与工艺不同，在组成、有机碳含量、磷含量与形态上差异很大；地中海碱性pH、高碳酸盐含量与低有机碳含量限制养分有效性，气候变化下严重干旱事件频发进一步改变养分动态；此外，施磷会提高籽粒植酸（phytic acid）浓度，植酸与锌、铁形成稳定络合物，降低消化过程中的吸收。基于上述背景，研究人员提出三个假设：BBFs对提高养分有效性的影响在干旱条件下较受控条件研究中减弱；不同BBFs对土壤及籽粒微量营养元素动态有不同影响；有机BBFs在干旱下比无机BBFs更能促进生物强化（biofortification）。
研究开展与意义
研究人员在西班牙南部雨养条件下开展两个生长季田间试验，评价11种不同原料与回收工艺的BBFs对硬质小麦（Triticum durum var. Adventadul）铁、铜（Cu）、锰（Mn）、锌吸收及籽粒品质性状的影响，并与过磷酸钙（superphosphate, SP）及不施肥对照比较。结果表明，部分BBFs（尤其是灰化类）较SP提高籽粒微量营养元素浓度并降低P与微量营养元素摩尔比，显示出生物强化潜力；富碳型BBFs降低收获指数影响养分再活化；第二年严重干旱使处理间差异消失。该研究为肥料类型影响微量营养元素营养提供了重要认识，并指出BBFs作为磷肥有助于可持续食物体系。
关键方法
研究人员在西班牙西南部（37.40988177° N，5.5834246° W）开展两个生长季（2020–2021、2021–2022）雨养田间试验，随机区组设计，供试品种为硬质小麦（Triticum durum var. Adventadul），处理包括11种来自Lex4Bio项目的BBFs、4个梯度的过磷酸钙（superphosphate, SP）（5、10、20、40 kg P ha
?1）及不施肥对照；收获期采用40×40 cm样方整株取样，风干（65 °C）粉碎后于马弗炉550 °C灰化，灰分用1 M HCl回收，Fe、Cu、Mn、Zn采用原子吸收光谱法测定，磷按Murphy and Riley法测定；养分收获指数按籽粒养分占地上部总养分量计算；统计分析采用一般线性模型（general linear models, GLMs）、Tukey HSD多重比较，并进行主成分分析（principal component analysis, PCA）。
研究结果
3.1 作物生长性能与微量营养元素吸收：仅第一生长季产量差异显著，SP 20 kg P ha
?1处理产量最高，BA1、MO14、ADC和PLA等BBFs最低，低产通常与低收获指数相关；两生长季均未发现养分总吸收的显著差异，仅第一生长季SP 20处理磷吸收较高、BA1处理锰吸收较高；第二年严重干旱显著降低产量和HI，各处理间产量、HI及磷吸收无显著差异，但生物量下降并未降低微量营养元素吸收。
3.2 第一生长季BBFs对籽粒品质的影响：第一生长季籽粒所有养分浓度均显著受肥料影响；堆肥型BBFs的籽粒Cu和Fe浓度最低（较SP分别降低8%和20%），灰化类BBFs（ADC、EPH、PLA）及OPU最高，灰化类较堆肥类Fe平均提高84.7%、Cu提高17.4%；植物源BBFs（BA1、MO14）使籽粒磷浓度较同剂量矿物施肥降低20%。P:Fe摩尔比在堆肥中最高（较矿物施肥高24%），其余BBFs较不施肥对照平均低58%、较SP同剂量平均低48%；P:Cu比在植物源BBFs和角血粉类（MB1）中最低（较SP同剂量低26%）；P:Mn和P:Zn比在灰化类BBFs中最低，鸟粪石（struvite, CGO）和MB1中最高。各养分HI均显著受肥料影响，BA1和MSW系统性最低（较SP平均分别降低31%和23%），OPU及部分灰化类BBFs最高。
3.3 BBFs对后续作物的影响：第二年处理效应明显削弱，仅锰总吸收和籽粒锌浓度显著受处理影响，MSW使籽粒锌浓度较SP同剂量高14%；随SP剂量增加籽粒锌浓度下降，出现P-Zn拮抗；养分HI较第一年降低，表明养分在营养体积累、转运受影响；P与微量营养元素摩尔比不受肥料处理影响，但P:Fe和P:Cu较第一年升高，P:Mn和P:Zn下降。
3.4 BBFs与作物表现的关系：PCA前两个主成分解释74.0%方差；BBFs带入的微量营养元素施用量与籽粒浓度无显著相关（仅Zn除外），BBFs有机碳含量与籽粒Fe、Cu浓度呈负相关；BBFs按性质聚类，堆肥类聚集明显，植物源与灰化类BBFs聚集，尽管同为动物源，OPU与MB1行为不同。
讨论部分总结
4.1 磷与微量营养元素的互作：与受控条件研究不同，第一生长季SP加量未影响微量营养元素浓度，可能因田间条件下更高剂量或累积施用才能显现拮抗；土壤水分降低增加金属与磷酸盐浓度、促进碱性高钙土壤中磷酸钙沉淀而降低磷有效性；低水分抑制磷的扩散从而减少其吸收及拮抗；水分亏缺促进硬质小麦分泌植物铁载体（phytosiderophores），动员土壤铁并可能影响铜，因而未观察到P与Fe、Cu的拮抗。该结果既不能证实也不能否定第二个假设，凸显了田间研究的必要性。
4.2 BBFs对生物强化与籽粒品质的影响：灰化类BBFs增矿效果最佳，因其不供应有机碳且带入量并非最高；堆肥类BBFs带入最多微量营养元素却降低Fe、Cu并升高P:Fe、P:Cu比，与“有机化合物通过螯合提高金属生物有效性”的观点相悖，缺水氧化环境可能促进铁吸附于有机质形成稳定的有机-矿物复合物而降低有效性，从而拒绝第三个假设。BA1锰吸收最高但籽粒锰浓度最低，归因于其锰HI最低，说明BBFs不仅影响吸收还影响体内平衡。收获指数反映养分迁移能力，部分BBFs改变收获指数说明其改变养分向籽粒的转运进而影响籽粒品质。主导磷形态起关键作用：BA1以植酸为主，与金属形成稳定络合物降低有效性；高碳BBFs可能通过植物激素或微生物刺激促进营养生长、延迟灌浆，有机磷经矿化缓慢释放改变源-库（source–sink）平衡，使部分有机BBFs降低作物HI并削弱微量营养元素再活化。因此BBFs施用应根据其组成与气候条件相匹配。
4.3 第二年生长季BBFs施用效应：两季降雨量相近但分布不同，第二年降雨集中于春季形成高土壤水分与短暂还原条件，促进铁锰氧化物还原提高有效性，并可能影响吸附于氧化物的磷、铜、锌，从而解释第二年P与微量营养元素摩尔比无肥料效应；第二年明显P-Zn拮抗可能源于连续施用致磷累积及春季还原条件释放吸附态磷；部分BBFs（如MSW）使籽粒锌浓度高于SP，缓解潜在P-Zn拮抗，且MSW不以植酸为主磷形态，说明有机碳供应不一定负面影响籽粒锌积累。
研究结论部分翻译
部分研究的BBFs，特别是通过煅烧获得的BBFs，较过磷酸钙提高了小麦籽粒微量营养元素浓度，显示出生物强化潜力；部分BBFs降低了磷与微量营养元素的摩尔比，从而增强消化过程中这些元素的吸收；部分BBFs还减少了重复施用后出现的P-Zn拮抗；这些结果表明BBFs作为磷肥可通过大量元素循环为可持续食物体系作出贡献，并在改善籽粒品质性状方面具有积极作用。
