摘要：马萨诸塞大学阿默斯特分校与江南大学的联合研究团队近日在《美国国家科学院院刊》发表突破性研究成果，揭示了纳米级硒在水稻种植中的革命性应用。这项技术不仅能够显著提高氮肥利用效率，还能在减少化肥使用的同时增加产量和营养价值，为解决全球粮食安全与环境可持续发展的双重挑

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/09/250924012230.htm

马萨诸塞大学阿默斯特分校与江南大学的联合研究团队近日在《美国国家科学院院刊》发表突破性研究成果，揭示了纳米级硒在水稻种植中的革命性应用。这项技术不仅能够显著提高氮肥利用效率，还能在减少化肥使用的同时增加产量和营养价值，为解决全球粮食安全与环境可持续发展的双重挑战提供了新的解决方案。

作为全球超过35亿人的主要粮食来源，水稻种植一直面临着环境成本高昂、资源利用效率低下的困境。传统种植方式中，水稻对氮肥的利用效率仅为30%左右，这意味着施用肥料的70%被白白浪费，不仅造成严重的经济损失，还对环境造成了巨大压力。未被作物吸收的氮肥会流入水体，引发富营养化和死亡区等环境问题，同时产生大量温室气体排放。

技术创新：从土壤到叶面的转变

一组研究人员发现，纳米级硒可以使大米更高效、更健康、产量更高。图片来源：Shutterstock

研究团队采用了全新的施用策略——通过无人机将纳米级硒直接喷洒到水稻的叶片和茎部，而非传统的土壤施用方式。这种精准的叶面施用方法使植物对硒的吸收效率大幅提升，为后续的生理生化改善奠定了基础。

马萨诸塞大学斯托克布里奇农业学院院长、环境与土壤化学特聘教授邢宝山指出："绿色革命在20世纪中叶极大地提高了农业产量，但这场革命正在失去动力。我们需要找到新的方法来重新激活并改进这一进程。"

纳米硒的作用机制体现在多个层面。首先，硒能够刺激植物光合作用，使光合作用效率提高超过40%。增强的光合作用意味着植物能够吸收更多的二氧化碳并将其转化为碳水化合物，这些营养物质随后流向根部，促进根系生长发育。

土壤微生态的良性循环

更为重要的是，健康发达的根系会向土壤释放大量有机化合物，这些化合物能够培养和维持土壤中的有益微生物群落。研究发现，这些微生物与水稻根部形成共生关系，能够更有效地从土壤中提取氮和铵，并将其输送到植物体内。

这种良性循环机制使水稻的氮利用效率从传统的30%提升至48.3%，同时将释放到大气中的一氧化二氮和氨的排放量减少了18.8%至45.6%。这一成果对于减缓全球变暖具有重要意义，因为一氧化二氮是仅次于二氧化碳和甲烷的第三大温室气体。

江南大学环境过程与污染控制教授、研究共同资深作者王振宇表示："通过无人机喷洒悬浮的纳米级硒，植物能够直接高效地吸收这种营养元素，其效率远超传统的土壤施用方式。"

经济与营养双重效益

研究结果显示，纳米硒技术的应用带来了显著的经济效益。与传统种植方式相比，每吨水稻的经济收益提高了38.2%，氮肥对环境的负面影响减少了41%。更重要的是，这项技术使农民能够将氮肥使用量减少30%，在降低生产成本的同时保持甚至提高产量。

从营养角度看，经过纳米硒处理的水稻在蛋白质含量、关键氨基酸以及硒含量方面都有大幅提升。这对于解决全球营养不良问题具有重要意义，特别是在以水稻为主食的发展中国家和地区。

考虑到水稻种植占全球氮肥使用量的15%至20%，这项技术的推广应用具有巨大的环境和经济潜力。随着全球人口增长、气候变化以及农业生产成本上升等多重挑战的加剧，纳米硒技术为实现可持续农业发展提供了切实可行的解决方案。

未来展望

这项研究的意义不仅在于技术本身的突破，更在于其在现实农业生产条件下的有效性验证。研究团队首次证明了纳米级硒应用在实际田间条件下的可行性和有效性，这为技术的大规模推广应用奠定了坚实基础。

从全球粮食安全的角度来看，这项技术的推广可能带来深远影响。在保证粮食产量的前提下，大幅减少化肥使用量不仅能够降低农业生产的环境足迹，还能减轻农民的经济负担，特别是对于发展中国家的小规模农户而言。

同时，技术的环境效益也值得关注。通过提高氮肥利用效率和减少温室气体排放，纳米硒技术为农业部门应对气候变化挑战提供了有力工具。随着各国对碳中和目标的承诺加强，这类技术将在未来农业政策制定中发挥重要作用。

研究团队表示，下一步将重点关注技术的规模化应用和成本优化，以及在不同地理环境和气候条件下的适用性研究。他们希望这项技术能够尽快从实验室走向田间，为全球可持续农业发展做出实质性贡献。

来源：人工智能学家