氧化锌纳米颗粒让种粮“可持续”

科学家正在为未来几十年全球人口增长和随之而增加的粮食需求勤奋工作。美国圣路易斯华盛顿大学的工程师团队发现了一种可持续的方式——通过改善豆类吸收营养的方式来生产富含蛋白质的豆类。

该大学工程应用科学学院的科学家Ramesh Raliya和Pratim Biswas发现了一种减少磷肥使用量、取而代之以氧化锌纳米颗粒来提高农作物产量的方式。

该研究在近日出版的《农业和食物化学》杂志上发表。Raliya说，研究如何调动土壤中的磷并在植株从播种到收获的整个生命循环中使用氧化锌纳米颗粒，这尚属首次。

粮食作物的生长需要磷素，农民在种植中正在使用越来越多的磷肥促进增产来养活不断增加的世界人口。然而，植物大约只能利用土壤中42%的磷肥，其余的流走汇入水流，而富磷水中生长的水藻对我们的水源造成了污染。此外，世界上近82%的磷被用作了肥料，然而磷是供应有限的资源。

“如果农民以现在使用的数量来使用磷，全球的磷供给将在80年内耗尽。”Raliya说，“现在是时候让全世界学习如何以更为可持续的方式使用磷。”

Raliya和他的合作者，包括来自印度焦特布尔干旱带研究所的Jagadish Chandra Tarafdar，在植物根部周围的真菌中创造了一种氧化锌纳米微粒，帮助农作物调动和抓取土壤中的营养元素。对植物而言，锌也是必不可少的营养，因为锌与三种酶相互作用，将土壤中复杂形式的磷变换成植物能吸收的形式。

“由于气候变化，日常温度和降雨量已经发生了变化。”Raliya说，“当这些改变发生，土壤中微生物群落也发生了变化。当这些微生物消失殆尽，土壤中的磷不再能流通，因而农民使用更多的磷肥。我们的目标是增加酶的活跃度，这样我们能够调动土壤中数倍的磷素。”

当Raliya和研究团队在绿豆上使用这种锌纳米微粒时，植物对磷的吸收率增加了接近11%，三种酶的吸收从84%增加到108%。这使得向土壤中增加磷肥的需求减弱。

“当酶的活性增强，你就不再需要施用额外的磷肥了，因为它已存在于土壤中，只不过不是以植物能吸收的形式存在。”Raliya说，“当我们施用这种纳米颗粒，它使得磷的复杂形式变成可利用的形式。”

绿豆生长于中国大部分地区、东南亚以及印度（60%的人口是素食主义者并依赖于植物蛋白源）。这种豆类对变幻的气候条件有适应性并可养活增长的人口。

Raliya说，世界范围内45%的农业用磷发生在中国和印度，发展中国家大部分的磷从美国和摩洛哥进口。

“我们希望使用氧化锌纳米颗粒的方式能在正在大量使用磷素肥料的发展中国家展开应用。”Raliya说，“这些国家依靠美国进口磷矿，但在未来或许美国不得不帮助供应食物。如果食物以更为可持续的方式生产，这将有利于所有人。”

“这是一种关于食物、能源和水的更广泛意义上的努力。”Biswas说，“气胶学使得纳米科技产生创新的处理方案，来解决今天我们每一个人面临的全球性的挑战。”
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