科學家正在為未來幾十年全球人口增長和隨之而增加的糧食需求勤奮工作。美國圣路易斯華盛頓大學的工程師團隊發(fā)現了一種可持續(xù)的方式——通過改善豆類吸收營養(yǎng)的方式來生產富含蛋白質的豆類。

該大學工程應用科學學院的科學家RameshRaliya和PratimBiswas發(fā)現了一種減少磷肥使用量、取而代之以氧化鋅納米顆粒來提高農作物產量的方式。

該研究在近日出版的《農業(yè)和食物化學》雜志上發(fā)表。Raliya說，研究如何調動土壤中的磷并在植株從播種到收獲的整個生命循環(huán)中使用氧化鋅納米顆粒，這尚屬首次。

糧食作物的生長需要磷素，農民在種植中正在使用越來越多的磷肥促進增產來養(yǎng)活不斷增加的世界人口。然而，植物大約只能利用土壤中42%的磷肥，其余的流走匯入水流，而富磷水中生長的水藻對我們的水源造成了污染。此外，世界上近82%的磷被用作了肥料，然而磷是供應有限的資源。

“如果農民以現在使用的數量來使用磷，全球的磷供給將在80年內耗盡。”Raliya說，“現在是時候讓全世界學習如何以更為可持續(xù)的方式使用磷。”

Raliya和他的合作者，包括來自印度焦特布爾干旱帶研究所的JagadishChandraTarafdar，在植物根部周圍的真菌中創(chuàng)造了一種氧化鋅納米微粒，幫助農作物調動和抓取土壤中的營養(yǎng)元素。對植物而言，鋅也是必不可少的營養(yǎng)，因為鋅與三種酶相互作用，將土壤中復雜形式的磷變換成植物能吸收的形式。

“由于氣候變化，日常溫度和降雨量已經發(fā)生了變化。”Raliya說，“當這些改變發(fā)生，土壤中微生物群落也發(fā)生了變化。當這些微生物消失殆盡，土壤中的磷不再能流通，因而農民使用更多的磷肥。我們的目標是增加酶的活躍度，這樣我們能夠調動土壤中數倍的磷素。”

當Raliya和研究團隊在綠豆上使用這種鋅納米微粒時，植物對磷的吸收率增加了接近11%，三種酶的吸收從84%增加到108%。這使得向土壤中增加磷肥的需求減弱。

“當酶的活性增強，你就不再需要施用額外的磷肥了，因為它已存在于土壤中，只不過不是以植物能吸收的形式存在。”Raliya說，“當我們施用這種納米顆粒，它使得磷的復雜形式變成可利用的形式。”

綠豆生長于中國大部分地區(qū)、東南亞以及印度(60%的人口是素食主義者并依賴于植物蛋白源)。這種豆類對變幻的氣候條件有適應性并可養(yǎng)活增長的人口。

Raliya說，世界范圍內45%的農業(yè)用磷發(fā)生在中國和印度，發(fā)展中國家大部分的磷從美國和摩洛哥進口。

“我們希望使用氧化鋅納米顆粒的方式能在正在大量使用磷素肥料的發(fā)展中國家展開應用。”Raliya說，“這些國家依靠美國進口磷礦，但在未來或許美國不得不幫助供應食物。如果食物以更為可持續(xù)的方式生產，這將有利于所有人。”

“這是一種關于食物、能源和水的更廣泛意義上的努力。”Biswas說，“氣膠學使得納米科技產生創(chuàng)新的處理方案，來解決今天我們每一個人面臨的全球性的挑戰(zhàn)。”