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南湖新聞網訊 （通訊員 李強）近日，我校yl7703永利李強研究員團隊在CellPress細胞出版社期刊Trends in Biotechnology發表題為“Biorefining Waste intoNanobiotechnologies Can Revolutionize Sustainable Agriculture”的前瞻性綜述論文。該論文系統總結了稭稈木質素廢棄物納米生物技術在農業領域中的最新研究進展，讨論了生物經濟發展和可持續農業之間的矛盾和所面臨的挑戰，提出利用基于生物煉制廢棄物的納米生物技術構建“閉環農業”的新觀點，為實現農業領域“碳中和”和促進可持續農業發展提供了一個全新的路徑。

在傳統農業中，稭稈還田是增加農田土壤碳封存并減少溫室氣體排放的主要路徑之一，進入農田的生物質有機碳對于維持農業生态系統功能和促進土壤生産力至關重要，是作物增産增收的有效途徑（圖1中Carbonflow pathway 1）。然而近年來磅礴發展的生物經濟有可能改變以稭稈為載體的農業生态系統碳循環路徑。一方面，稭稈生物煉制過程中會産生大量無法高效利用的木質素廢棄物，阻礙生物經濟的發展；另一方面，盡管生物煉制所制備出的各種生物基産品具有取代傳統石油基産品的巨大潛力，但封存入生物基産品中的有機碳很難進入農業生态系統碳循環，不僅減少農田土壤碳封存，幹擾了農業生态系統功能，而且降低土壤肥力，不利于作物增産增收。如何解決以稭稈為原料的生物經濟發展和以稭稈還田為基礎的土壤碳封存之間的矛盾是未來稭稈高值化利用和農業可持續發展所面臨的一個關鍵挑戰。

圖1 農業物稭稈在農業生态系統中的碳流動路徑

論文緊扣國家綠色農業可持續發展的戰略需求，從農業生态系統碳循環路徑的視角出發，提出了一條提高生物煉制經濟效益和促進農業發展的雙赢策略：利用納米生物技術将稭稈生物煉制中産生的大量木質素廢棄物轉化為可用于農業生産的高值化産品，如農用化學品載體、土壤改良劑、生物降解農業地膜、納米肥料等（圖1中Carbonflow pathway 2），使納米化的生物質産品在服務于農業生産的同時回歸農業生态系統，不僅能提高生物煉制的碳利用效率，還可以維持農業生态系統功能并穩定農田土壤碳封存，促進以納米農業技術為基礎的可持續農業的發展。

圖2 現有農業先進納米生物技術及可與農業納米技術耦合的木質素特性

論文概述了現有納米生物技術在植物基因工程、植物栽培管理、作物生長管理、食物保鮮和運輸等可持續農業領域中的廣泛應用 (圖2上)，指出木質素納米生物技術在可持續農業應用上的獨特優勢（圖 2下）。同時，論文系統總結了當前木質素納米生物技術在可持續農業領域中的最新研究進展（圖3），展現了木質素納米生物技術在可持續農業中的發展潛力。基于此，論文進一步提出了基于稭稈碳循環的“閉環農業”新觀點：将農業稭稈中的多糖用于生物煉制，生産生物能源和生物基産品，将産生的木質素廢棄物轉化為農用納米産品，服務于作物種植和農業生産（圖4）。

圖3 現有木質素納米生物技術在農業中的應用

圖4 閉環農業概念圖

同時，論文還提出木質素納米生物技術在未來農業中将發揮更加重要的作用，包括可穿戴裝備将促進農場智能管理以及智慧農業的發展，機器學習将被用于木質素基納米農業的智能結構設計，在農業廢水處理、土壤改良、土壤碳存儲、土壤生物多樣性等方面持續改善整個農業生态系統，最後在采後處理、分裝、運輸、保鮮等方面保障食品供應鍊的安全。（圖 5）。

圖5 木質素納米技術在現代農業中應用的展望

李強研究員和華中科技大學餘洪波教授為論文共同通訊作者，博士後付潇博士和博士研究生鄭澤為論文的共同第一作者，yl7703永利袁巧霞教授和曹紅亮教授以及上海交通大學沙之敏教授參與了部分工作，永利為第一單位。

永利李強教授于2021年底加入我校yl7703永利農業廢棄物增值化利用技術與裝備團隊，任yl7703永利和園藝林學學院雙聘研究員，為我校高層次引進人才。主要研究方向為農林生物質綠色綜合利用技術與裝備，近年來聚焦于稭稈基農業地膜、碳基材料和農業雙碳的研究，在ACSNano、ElectrochemicalEnergy Review、Matter、Small、Journalof Materials Chemistry A、Green chemistry等期刊發表了一系列研究成果。

論文鍊接：https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.09.013

審核人：李善軍

新聞鍊接：http://news.hzau.edu.cn/2022/1110/65057.shtml