《Frontiers in Plant Science》：Exploring slow-release plasma nitrogen nano-fertilizer for improved maize production and nutrient use efficiency
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氮（N）肥在玉米生产中的应用受到资源稀缺、利用率低和成本高的制约。等离子（plasma）技术提供了一种更环境友好的氮源（PN）。当其被纳入纳米纤维素复合材料以控制肥料释放（NPN）时，可改善氮供应并降低环境风险，从而优化收益。然而，NPN相对于尿素及其纳米形态
氮（N）肥在玉米生产中的应用受到资源稀缺、利用率低和成本高的制约。等离子（plasma）技术提供了一种更环境友好的氮源（PN）。当其被纳入纳米纤维素复合材料以控制肥料释放（NPN）时，可改善氮供应并降低环境风险，从而优化收益。然而，NPN相对于尿素及其纳米形态（NU）的生产力此前尚未被探索。研究人员在网室（screenhouse）和田间开展两次重复试验，以玉米为材料，设置5种肥料处理：对照、尿素、PN、NU和NPN，所有处理均一次性施用66 kg N ha-1，4次重复。施纳米肥料的玉米株高、叶绿素含量、茎和叶面积均增加；穗行数、每行粒数和百粒重等产量构成也得到改善。相较尿素，NU和NPN使籽粒产量提高46–49%和34–85%；相较PN，分别提高8–53%和36–37%；纳米肥料较对照增产81–235%。氮回收效率（RE）由尿素的16–57%、PN的10–50%提升至NU的84%和NPN的83%。养分吸收影响植株利用，使纳米肥料处理玉米的农学效率（AE）更高。纳米肥料在高性能经经济与田间评价验证后，表明尿素和PN的纳米包封可实现一次性施用满足玉米全部氮需求。这些发现说明纳米肥料可减少养分损失、降低肥料用量及相关环境风险。
该研究背景位于撒哈拉以南非洲（SSA）玉米生产体系。该地区土壤氮水平低，矿物氮肥成本高且小农难以获得，常规尿素生产能耗高（0.48 MJ/mol），养分释放与作物需求不同步，氮素损失超过50%，氮肥利用率（NUE）低于30%，制约粮食安全和土壤健康。非热等离子技术可利用空气、水、太阳能和植物废弃物就地生产等离子氮（PN），能耗降至0.2 MJ/mol；但液体PN浓度低、易损失。将PN或尿素通过原位接枝溶液聚合法负载于香蕉皮来源的纳米纤维素（BPCNF）上，可制成缓释纳米肥料：纳米尿素（NU，26% N）与纳米等离子氮（NPN，15% N）。此前研究多停留于实验室，PN类纳米肥料与NU、常规肥料在玉米上的农艺表现缺乏系统比较，因此研究人员在乌干达Kamenyamiigo试验站开展网室与田间试验，以明确NPN替代PN和常规无机氮的可行性。
主要关键技术方法如下：研究材料为乌干达当地商业尿素（46% N）、实验室等离子反应器生成的PN（1% N），以及以香蕉皮机械提取纳米纤维素为载体制备的NU和NPN。网室试验取0–30 cm耕层土装于10 kg盆，完全随机区组设计（CRBD），4重复，玉米品种Bazooka，施氮66 kg N ha-1；田间试验在2024A、2024B两季于6.0 m×9.0 m小区开展，同设计同品种同氮量，并配施磷（TSP）和钾（MOP）。生长指标于35、55、70、90 DAP测定株高、茎粗、叶绿素（SPAD）、叶面积（LA）；产量测定穗行数、行粒数、百粒重、生物量、籽粒产量和收获指数（HI）；植株与籽粒总氮用Kjeldahl法测定，据此计算RE、生理效率（PE）、农艺效率（AE）、农理效率（APE）和氮收获指数（NHI）。统计采用Genstat一键ANOVA与LSD0.05比较。
3.1 尿素、PN及其纳米形态对网室与田间玉米生长特征的影响
网室试验显示，后期（70–84 DAP）NPN处理株高、茎粗和SPAD显著高于对照与部分常规处理；NU、NPN使叶绿素峰值提前到吐丝前。田间2024A季，35与55 DAP时NU、NPN的SPAD显著更高，90 DAP时纳米肥茎粗显著增加；2024B季纳米肥在70、90 DAP茎粗与SPAD仍占优，但株高未始终领先。叶面积（LA）各阶段无显著差异，但纳米肥数值多高于对照。结论：纳米肥促进营养生长、提升叶绿素并保持与常规肥相近的LA。
3.2 尿素、PN及其纳米形态对玉米产量参数的影响
产量构成中，NPN常获最多穗行数与较高百粒重；2024A田间NPN比尿素、PN和对照多1.8–5.6行穗行数。籽粒产量上，NU、NPN较尿素增46–49%和34–85%，较PN增8–53%和36–37%，较对照增81–235%。收获指数（HI）在部分网室处理有显著变化。结论：纳米包封提升产量构成与籽粒产出，NPN综合表现稳定。
3 结果（其余小节浓缩）
土壤理化显示试验地为酸性、低有机碳、低氮、低磷的砂黏土（Ferralsols）；施肥后纳米肥植株氮吸收量增加，RE达83–84%，AE与PE高于尿素和PN，NHI反映氮向籽粒分配改善。结论：缓释纳米肥同步提高吸收效率与经济产量。
讨论与结论翻译
讨论指出，等离子与纳米纤维素结合能把本地可再生资源转为与玉米需求同步的氮供应，降低对Haber-Bosch工艺依赖。NPN用植物废弃物载体，兼具低碳、就地生产和缓释特征；NU印证尿素纳米化亦可提效。但2024B部分生长指标波动，说明田间表现受季节降雨、温度和管理影响，需更多点位与经济分析。
研究结论：The use of nano-fertilizers can reduce nutrient loss, fertilizer requirements, and the associated environmental risks. 译为：使用纳米肥料可减少养分损失、肥料需求量及相关的环境风险。NU和NPN的RE接近84%与83%，表明一次性纳米氮施用有望替代常规分次尿素或PN，为SSA及类似低肥力地区提供绿色、高效、可就地生产的玉米氮肥方案，支撑Nairobi Declaration关于土壤健康与本地绿色氨创新的路径。
