导语
面对农业绿色转型中资源与成本的双重瓶颈，如何实现“微耗材、高效益”的农业生产模式成为关键挑战。近日，复旦大学朱向东研究员与中国科学院南京土壤研究所王玉军研究员、夏龙龙研究员等在《One Earth》上发表突破性研究成果。研究团队创新性地利用闪蒸焦耳加热技术将作物秸秆等废弃生物质转化为闪蒸石墨烯，并通过系统的田间试验证实，每公顷仅施用18克的微量石墨烯，即可通过增强光合作用与激活抗氧化代谢使大豆、花生、玉米和小麦等主要作物增产9.1%–27.3%。该技术构建了“地上叶面喷施-地下生物炭还田”的协同增效体系，在提升产量的同时大幅降低碳排放与农资成本，为发展低碳循环农业提供了全新的系统解决方案。
研究亮点
极简用量：每公顷仅需18克石墨烯叶面喷施，即可实现作物显著增产
增产显著：四种主要大田作物产量提升9.1%–27.3%，且不影响谷物品质
机制明确：通过增强光合效率与缓解氧化应激双重途径促进作物生长
绿色循环：构建“废弃物-生物炭-石墨烯”闭环技术体系，实现农业固碳减排
图文解析
图1 证实了闪蒸焦耳加热法成功制备生物质石墨烯，并通过连续田间试验证明FG处理对大豆、花生、玉米及小麦均有显著增产效果，且不改变籽粒营养成分。
图2 的环境安全性评估表明，FG对土壤蚯蚓未产生显著氧化损伤，且在植物体内分布可控，展现了其良好的生物相容性。
图3 深入揭示了FG促进光合作用的内在机制，处理组叶片叶绿素含量、净光合速率及光系统II电子传递速率均显著提升，羟基自由基水平明显降低。
图4 通过多组学分析发现，FG通过调控类黄酮合成等代谢通路激活植物的抗氧化防御系统，从而促进生物量积累。
图5 的荟萃分析显示，相较于传统生物炭，FG在相近增产幅度下用量降低四个数量级，碳排放与农资成本显著下降，净生态系统经济效益优异。
图6 系统展示了“地上FG叶面增产-地下生物炭土壤改良”的协同技术架构，实现了农业废弃物的全量资源化利用。
技术支撑
本研究中闪蒸石墨烯的成功制备与高效应用，依赖于以下核心技术与工艺支撑：
闪蒸焦耳加热转化技术：将生物炭在秒级时间内转化为高品质石墨烯，是实现微量高效应用的物质基础
精准叶面喷施系统：确保每公顷18克的极低用量能够均匀分布于作物冠层，需要专用的雾化与喷洒设备
农业废弃物预处理体系：包括生物质的热解炭化工艺，为后续石墨烯制备提供合格原料
快速活性评估平台：通过光合速率、代谢组学等指标快速评价材料增产效果，指导应用优化
该技术路线与农业废弃物资源化、纳米材料绿色制备及智慧农业等领域的技术积累高度契合，为纳米农业的实际应用提供了重要技术支撑。
总结与展望
本研究通过闪蒸焦耳加热技术将微量农业废弃物转化为高效增产材料，以每公顷18克的极低用量实现了主要作物的显著增产，并构建了“地上-地下”协同的绿色农业技术体系。该工作不仅为突破农业生产的资源环境约束提供了创新路径，也展示了纳米材料在推动农业可持续发展中的巨大潜力。未来，通过优化FG在不同土壤-作物系统中的适用性并建立长期的碳足迹动态模型，这一技术体系有望成为气候智慧型农业的重要组成部分。
文献信息
Upcycling trace amounts of biomass waste into flash graphene can boost crop yields by more than a quarter and offer climate benefits.
One Earth, 2025, 101486.
DOI: 10.1016/j.oneear.2025.101486
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