尽早发现土壤表面的臭氧有助于防止葡萄和苹果受损

特里沙·安德鲁(Trisha Andrew)领导的材料化学家说，农民和水果种植者报告说，气候变化正在导致其田地和果园土壤表面臭氧浓度的升高，这种暴露会造成不可逆转的植物破坏，作物减产并威胁食物供应。在马萨诸塞州阿默斯特大学。

共同第一作者Jae Joon Kim和Ruolan Fan 在《科学进展》上发表的文章表明，安德鲁实验室在植物叶片上气相沉积导电聚合物“纹身”的方法可以使种植者即使在低暴露水平下也能准确地检测和测量此类臭氧破坏。 。安德鲁说，他们在叶子上安置的有弹性的聚合物纹身可以“经常和长期地监视具有经济意义的农作物(例如葡萄和苹果)中细胞臭氧的破坏情况”。

他们写道：“我们选择葡萄(Vitis vinifera L.)作为我们的典范植物，因为葡萄的果实产量和果实品质在暴露于地面臭氧下会显着降低，从而导致重大的经济损失。” 例如，肥料中的硝酸盐与太阳之间的相互作用会产生地面臭氧。

曾为化学小组提供建议的美国麻省大学安纳赫斯特分校的牧师Elsa Petit说，传感器纹身对葡萄业特别有用。她说：“随着气候变化，臭氧将增加，这种新型传感器可能非常有用，有助于农民在肉眼无法识别之前采取行动。” 通过及早发现并用木炭或沸石粉处理土壤表面，可以减轻地面臭氧的含量。

正如安德鲁(Andrew)所解释的那样，她的实验室由美国国家科学基金会(National Science Foundation)资助，采用了他们先前开发的电极气相沉积方法，以将用于医学传感设备的织物涂覆到有生命的植物上的新用途。导电聚合物薄膜，聚(3,4-乙撑二氧噻吩)，PEDOT，仅1微米厚，因此它可以让阳光直射而不会伤害树叶。她补充说，作为导电电极的非金属，碳基聚合物自1970年代发明以来就越来越多地用于软材料设计中。

“我们的行为就像是人类身上的临时纹身，”安德鲁说。“即使经过很长时间，它也不会被冲走，聚合物的电性能也不会降低。我们在校园的温室中有一些纹身植物，一年后它们仍然生长良好，能够正常地根除叶子。”

为了测试早期臭氧破坏，她和同事们使用了一种符合人类医学实践的手持式阻抗谱仪。当它碰到电极纹身时，读数报告电阻与频率的关系。该电压值在各种因素的存在下发生变化，包括臭氧的氧化破坏。

安德鲁说：“您得到的是波形图像;适合该波形的软件程序可以提取某些组织参数。我们可以识别出不同类型伤害的模式。它是一致且非常准确的。如果在同一棵植物上使用，在过去的一年中，只要植物健康，信号在那段时间内就不会真正改变。”

“从科学上讲，问题是视觉上的臭氧破坏看起来与给植物浇水太少或得到太多阳光完全一样。当我们观察读数的臭氧特征时，这个项目对我们而言变得非常有趣。与干旱或紫外线造成的破坏非常不同。臭氧会在叶片的高频电阻抗和相位信号方面产生独特的变化。”

科学家希望他们的发明可以被农民和水果种植者使用，他们可以在农作物之间放置一些“报告植物”来定期监测土壤中的臭氧水平。“它为您提供了土壤中正在发生的事情的图片，”安德鲁建议。“例如，如果肥料水平错误，您会收到警报。这可能发生，特别是对于需要大量阳光和肥料来生产的粮食作物，例如瓜，葡萄和果园水果。某些植物对此非常敏感。 ”

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