导 读

    上海交通大学周培团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“氢气在农业中的应用——最新进展和展望（A critical review for hydrogen application in agriculture: Recent advances and perspectives；DOI: 10.1080/10643389.2023.2232253; Published online: 13 Jul 2023）”的综述。

 

 图文摘要（Graphic Abstract）

主要内容

    从生产、应用、安全和成本分析的角度来看，在农业中直接应用H2是不切实际的。与H2相比，HRW相对便宜且易于应用。氢气水中的饱和度约为1.6 ppm，且很难达到饱和。为解决氢气在水中快速挥发的问题，提出了几种不同的供氢方法：富氢纳米气泡水（HNW）、氢化镁（MgH2）、NH3⋅BH3和纳米材料等，从而延长氢气在水中停留时间，以实现氢气的生物效应。纳米气泡的直径小于500 nm，具有很高的内部压力和大的表面积，并且具有负电荷的表面。纳米材料同样具有较大的比表面积，利用这一特性来储存氢气可以提高向植物供氢气的时间和效率。AB@hMSN在微酸性环境中表现出高氢气负载能力和更持久的氢气释放行为。使用MgH2作为氢气供体会产生镁和用于阻止反应的化学涂层作为副产物，进而可能导致植物对镁的过量吸收和产生不良反应。此外，氢化镁的水解会产生氢氧化物，可能提高系统的pH值，对农业产生负面影响。所以，氢化镁的应用需要更多的评估和平衡。目前使用的氢气供体可以使氢气的储存和运输更安全，当然，仍需要更多的证据来确定在农业生产中使用氢气的安全性和经济可行性。

图1 农业应用中不同的氢气供应方法

    综述对氢气在农业中可能的机理进行了总结和探讨，包括促进种子萌发，植物生长发育，氢气缓解植物受到的生物和非生物胁迫，延长鲜切花和果蔬的货架期，提高果蔬质量。氢气在植物中发挥效应的途径包括miRNA、DNA表达、激素变化、蛋白质修饰调节、活性氧和各种气体信号分子。氢气可以提高植物的抗逆性，这在缓解气候变化、环境污染的负面影响和扩大作物种植面积以缓解城市化造成的耕地减少方面具有巨大潜力。氢气在农产品的质量提高、采后保存、延长货架期和运输方面发挥着积极作用，从采后到餐桌前都能保持农产品的高质量。这些发现也为氢气的综合大规模应用提供了良好的基础。

图2 氢气在农业中应用的生理响应和可能的机理

总结与展望

作者简介

    共同第一作者简介：

    王任远，上海交通大学农业与生物学院在读博士生，2019年毕业于浙江农林大学，之后在上海交通大学周培教授课题组攻读博士学位。主要从事植物逆境生理生态研究。

    杨夕佳，上海交通大学农业与生物学院高级实验师，2014年毕业于上海交通大学获博士学位。

    共同通讯作者简介：初少华，上海交通大学农业与生物学院助理研究员，主要从事农业污染土壤的生物修复及农业废弃物资源化利用等应用基础研究。

    周培，上海交通大学特聘教授，农业与生物学院生态学科负责人，享受国务院特殊津贴专家、上海市科技精英、上海市领军人才。现任农业农村部都市农业重点实验室主任，长三角区域生态环境变化与综合治理国家野外科学观测研究站站长。在盐碱地修复改良、种养结合与废弃物有机循环利用、都市农业生态与农产品产地环境安全等研究方向，形成了显著的特色成果。

|供稿：上海交通大学周培团队

|编排：CRES编辑部王菁