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  秸稈生物煉制過(guò)程中產(chǎn)生的大量木質(zhì)素廢棄物用以制備農(nóng)業(yè)用高值化納米材料，不僅可以促進(jìn)生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還將實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)有機(jī)碳在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的閉環(huán)循環(huán)，促進(jìn)作物增產(chǎn)增收，加快可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展，助力農(nóng)業(yè)“碳中和”的實(shí)現(xiàn)。

  近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李強(qiáng)教授與華中科技大學(xué)余洪波教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press細(xì)胞出版社期刊Trends in Biotechnology 聯(lián)合發(fā)表題為“Biorefining Waste into Nanobiotechnologies Can Revolutionize Sustainable Agriculture”的前瞻性綜述論文。該論文系統(tǒng)總結(jié)了秸稈木質(zhì)素廢棄物納米生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的最新研究進(jìn)展，討論了生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展和可持續(xù)農(nóng)業(yè)之間的矛盾和所面臨的挑戰(zhàn)，提出利用基于生物煉制廢棄物的納米生物技術(shù)構(gòu)建“閉環(huán)農(nóng)業(yè)”的新觀點(diǎn)，為生物質(zhì)高值化利用和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“碳中和”提供了一個(gè)全新的路徑。 

農(nóng)業(yè)生物質(zhì)的高值化綜合利用

論文緊扣國(guó)家綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)路徑的視角出發(fā)，提出了一條提高生物煉制經(jīng)濟(jì)效益和促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙贏策略：利用納米生物技術(shù)將秸稈生物煉制中產(chǎn)生的大量木質(zhì)素廢棄物轉(zhuǎn)化為可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高值化產(chǎn)品，如農(nóng)用化學(xué)品載體、土壤改良劑、生物降解農(nóng)業(yè)地膜、納米肥料等（圖1中Carbon flow pathway 2），使納米化的生物質(zhì)產(chǎn)品在服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)回歸農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，不僅能提高生物煉制的碳利用效率、促進(jìn)生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還可以維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能并穩(wěn)定農(nóng)田土壤碳封存、促進(jìn)以納米農(nóng)業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)的可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。 

圖1. 農(nóng)作物秸稈在農(nóng)業(yè)中的不同利用方式。

木質(zhì)素納米生物技術(shù)在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

  論文概述了現(xiàn)有納米生物技術(shù)在植物基因工程、植物栽培管理、作物生長(zhǎng)管理、食物保鮮和運(yùn)輸?shù)瓤沙掷m(xù)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用 (圖2上)，指出木質(zhì)素納米生物技術(shù)在可持續(xù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括：1）良好的生物相容性；2）良好的抗菌性；3）良好的抗紫外性；4）與金屬離子螯合賦予的多功能性；5）豐富的功能化改性活性位點(diǎn)（圖 2下）。同時(shí)，論文系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前木質(zhì)素納米生物技術(shù)在可持續(xù)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的最新研究進(jìn)展：木質(zhì)素作為農(nóng)用化學(xué)品分散劑、涂層及生物刺激劑等已廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中；木質(zhì)素納米顆粒作為農(nóng)用化學(xué)品載體具有高活性、緩釋性、響應(yīng)性、光穩(wěn)定性、低毒性等優(yōu)勢(shì)；可生物降解的木質(zhì)素基農(nóng)業(yè)地膜有望解決傳統(tǒng)地膜所造成的的土壤白色污染問(wèn)題；木質(zhì)素作為土壤改良劑還可進(jìn)一步提高土壤肥力、控制雜草、降低農(nóng)用化學(xué)品向地下水的遷移速率等（圖3）。這些最新研究成果展現(xiàn)了木質(zhì)素納米生物技術(shù)在可持續(xù)農(nóng)業(yè)中的發(fā)展?jié)摿�。�?/span>于此，論文進(jìn)一步提出了基于秸稈碳循環(huán)的“閉環(huán)農(nóng)業(yè)”新觀點(diǎn)：將農(nóng)業(yè)秸稈中的多糖組分用于生物煉制，生產(chǎn)生物能源和生物基產(chǎn)品，將產(chǎn)生的木質(zhì)素廢棄物轉(zhuǎn)化為農(nóng)用納米產(chǎn)品，服務(wù)于作物種植和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 

圖3. 當(dāng)前木質(zhì)素納米生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

展望與未來(lái)

  論文還提出木質(zhì)素納米生物技術(shù)在未來(lái)農(nóng)業(yè)中將發(fā)揮更加重要的作用。木質(zhì)素基農(nóng)業(yè)可穿戴裝備將促進(jìn)農(nóng)場(chǎng)智能管理以及智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)將被用于木質(zhì)素基納米農(nóng)業(yè)的智能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在農(nóng)業(yè)廢水處理、土壤改良、土壤碳存儲(chǔ)、土壤生物多樣性等方面持續(xù)改善整個(gè)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，最后在采后處理、分裝、保鮮等方面保障食品供應(yīng)鏈的安全（圖 4）。 

圖4 木質(zhì)素納米技術(shù)在未來(lái)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的展望

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2022.09.013

團(tuán)隊(duì)介紹：

  李強(qiáng)教授簡(jiǎn)介：李強(qiáng)博士本科畢業(yè)于華南理工大學(xué)制漿造紙專業(yè)，2015年博士畢業(yè)于日本北海道大學(xué)農(nóng)學(xué)院木材化學(xué)專業(yè)，之后分別在美國(guó)Texas A&M大學(xué)和Northeastern大學(xué)研究與工作，2021年作為高層次引進(jìn)人才加入華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，任工學(xué)院和園藝林學(xué)學(xué)院雙聘教授，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)林生物質(zhì)綜合利用技術(shù)與裝備，近年來(lái)聚焦于生物質(zhì)基農(nóng)業(yè)地膜和碳基材料的研究，在ACS Nano、Trends in Biotechnology, Electrochemical Energy Review、Matter、Small、Journal of Materials Chemistry A、Green Chemistry、Carbon、ChemSusChem, Bioresource Technology、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等期刊發(fā)表論文40余篇。李強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)現(xiàn)誠(chéng)邀2名博士后加盟，從事生物質(zhì)高值化利用與農(nóng)業(yè)雙碳相關(guān)研究工作，年薪21.5萬(wàn)起，子女入學(xué)入托享受華中農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬學(xué)校優(yōu)質(zhì)教育資源，醫(yī)療等福利享受華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教職工同等待遇，歡迎來(lái)信咨詢（Email：qiang-li@mail.hzau.edu.cn）。

  余洪波教授簡(jiǎn)介：余洪波博士現(xiàn)任華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，湖北省暨武漢市微生物學(xué)會(huì)酶工程專業(yè)委員會(huì)委員，主要從事綠色化學(xué)、環(huán)境微生物學(xué)和酶工程等領(lǐng)域的研究工作，在Environmental Microbiology、Journal of Hazardous Materials、Green Chemistry、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Applied and Environmental Microbiology、Bioresource Technology、Journal of Agricultural and Food Chemistry等期刊發(fā)表論文40余篇。余洪波教授團(tuán)隊(duì)現(xiàn)誠(chéng)邀2名博士后加盟，從事農(nóng)林廢棄物資源化利用、納米農(nóng)業(yè)技術(shù)和污染土壤修復(fù)的相關(guān)研究工作，歡迎來(lái)信咨詢（Email：yuhongbo@hust.edu.cn）。