A Nanoplatform for Enhancing Maize Growth through Controlled P Delivery in P-Deficient Soils

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作者
Xiaoming Tao,Xintong Lin,Manxi Lin,Jason C. White,Zhenjie Li,Xinyue Wu,Jie Hou,Yangzhi Liu,Zhirui Qin,Jiang Xu,Kun Yang,Daohui Lin
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (43): 23251-23265 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c09016
摘要

Nanoenabled phosphorus fertilizers offer controlled release to improve phosphorus utilization efficiency (PUE) and reduce environmental impact, but their performance, particularly in alkaline soils, remains limited. Herein, a P-delivery nanoplatform (PDN) was constructed utilizing a nanoscale magnesium phosphate (nMgP)-supported iron-based layer double hydroxide (green rust, GR) nanocomposite. Its efficacy was evaluated in maize grown in P-deficient soils with pH values of 4.9 and 8.5. Soil-applied PDN (180 mg P/kg soil) significantly enhanced maize photosynthesis by 31.6-32.5% and fresh biomass by 6.9-27.3%, with agronomic efficacy (AE) increasing by 21.1-39.3% over conventional P fertilizers (CPFs). Crucially, lower PDN doses (45-90 mg P/kg soil) could improve maize growth as effectively as CPFs (180 mg P/kg soil), enhancing PUE by 1.6-2.0 times and AE by 159.8-189.5%. Mechanistically, PDN integrated GR-optimized nMgP dissolution, GR-mediated passivation suppression, and GR-P ligand-exchange, synergistically sustaining rhizosphere P bioavailability to minimize leaching and enhance P uptake by maize. Moreover, PDN conversion to bioavailable P species in the rhizosphere could drive the proliferation of beneficial bacteria, creating a growth-enhancing feedback loop. This work presents a new strategy for designing nanomaterials as P-delivery platforms to optimize PUE in crop production, promoting the development of environment-friendly nanoenabled agriculture.
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