利用农业废弃物制备的生物炭在改良土壤和固碳减排方面展现出潜力，但其大规模应用受制于高昂的能耗需求和原料供给压力；此外，纳米材料叶面施用技术虽被视为高效农业的新途径，却始终缺乏可在实际农田中推广、兼具环境友好与经济可行性的可靠方案。如何突破现有技术的资源与成本瓶颈，发展真正符合可持续发展理念的绿色农业技术，已成为当前农业科技领域亟待解决的核心问题。
论文概要
近日，复旦大学朱向东研究员及中国科学院南京土壤研究所王玉军研究员/夏龙龙研究员等在期刊One Earth发表题为”Upcycling trace amounts of biomass waste into flash graphene can boost crop yields by more than a quarter and offer climate benefits”的研究论文。本研究开发了一种基于闪蒸焦耳加热技术的现场制备方法，可将作物秸秆等废弃生物质高效转化为闪蒸石墨烯，并探索其作为叶面施用材料对作物生长的促进机制与应用潜力。通过在四种主要大田作物上的连续田间试验，研究发现仅施用每公顷18克的微量石墨烯，即可通过增强光合作用效率与缓解氧化应激，使作物产量提升9.1%–27.3%，且不影响谷物品质。该技术体系以“微耗材、高效益”为特征，在实现作物增产的同时，显著降低了农业生产成本与全生命周期碳排放，为发展低碳循环农业、保障未来粮食供给提供了全新的技术路径与系统解决方案。
总结展望
总之，本研究提出一种通过整合叶面喷施闪蒸石墨烯与土壤施用生物炭的“地上-地下”协同策略，以突破单一材料应用的局限性：该体系首先将农业废弃物经热解转化为生物炭，其中主体部分直接还田以增强土壤固碳与养分保持能力，而少量生物炭则通过现场闪蒸焦耳加热设备进一步升级为FG，作为高效叶面肥料通过提升光合电子传递速率与激活抗氧化代谢通路使多种主粮作物增产9.1%–27.3%。基于FG每公顷仅18克的极低施用量与生物炭的固碳优势，该闭环系统在降低农业生产碳排放四个数量级的同时，通过废弃物资源化实现了作物产量提升与土壤健康的协同增效，为构建气候智慧型农业提供了兼具技术可行性与经济效益的系统解决方案。未来可探索FG与生物炭在不同土壤-作物系统中的长期互作机制及碳足迹动态核算模型。
文献信息：
Yubing Jiao, Xiangdong Zhu, Fengbo Yu, Manlin Xu, Rui Cai, Song Wu, Chao Jia, Chuifan Zhou, Jianzhou He, Cheng Cheng, Jason C. White, Qingfeng Song, Xinguang Zhu, Pete Smith, Kees Jan van Groenigen, Xiaoyuan Yan, Zhongfeng Zhang, Jiabao Zhang, Baoshan Xing, Longlong Xia, Jinguang Yang, Yujun Wang. 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, ISSN 2590-3322. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2025.101486.
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