科學家們開發了一種基於銪的薄膜塗層並證明它可以加速植物和樹木的生長。這項技術可以提高植物生產速度並有可能幫助解決全球糧食供應問題。這個跨學科的研究團隊來自北海道大學的工程和農業部門及化學反應設計和發現研究所。

植物利用一種叫做光合作用的過程將可見光轉化為能量。除了可見光之外，太陽光還發出紫外線(UV)輻射。在這項工作中，科學家們使用了一種波長轉換材料(WCM)，它可以將紫外線輻射變為紅光從而為植物提供更多的可見光用於光合作用。

科學家們開發了一種基於銪複合物的WCM並製作了一種可應用於市面上的塑料片的薄膜塗層。研究人員不僅證明了該薄膜能將紫外線轉換為紅光，而且他們還表明該薄膜不會阻擋來自太陽的任何有益的可見光。然後通過比較使用帶有和不帶有WCM塗層的塑料板的植物生長情況對該薄膜進行了測試。

研究人員對瑞士甘藍（一種植物）和日本落葉松樹都進行了試驗。在夏季，當日照時間長、陽光照射強時，使用WCM薄膜對瑞士甘藍沒有觀察到明顯的差異。然而在冬季，當白天較短、陽光較弱時，使用WCM薄膜種植的瑞士芥菜在63天后顯示出1.2倍的植物高度和1.4倍的生物量。研究人員將這種加速生長歸因於WCM薄膜提供的紅光供應增加。

涉及日本落葉松樹的試驗也顯示出生長速度的加快。在生長的最初4個月，幼苗顯示出較高的相對增長率，跟沒有使用WCM塗層的樹木相比，其莖幹直徑大0.2倍，總生物量大0.4倍。最重要的是，這使幼苗在一年內達到了北海道林業種植的標準尺寸。使用WCM薄膜可以將樹苗的生長周期從兩年縮短到一年從而使植物生產更具成本效益。

這項技術還有可能幫助解決氣候寒冷地區的糧食安全問題，並且由於它不需要任何電力來運作，因此是有益的。據研究小組稱，該技術的可定制性特別有發展前景。

研究論文第一作者Sunao Shoji說道：“通過使用波長變化材料的塗層，我們得以成功地創建一個透明的薄膜並展示其加速植物生長的能力。通過合理設計發光離子，我們可以自由控制發射光的顏色，使其成為綠色或黃色等其他顏色，因此我們期望能夠創造出針對不同植物類型而優化的波長轉換薄膜。這為下一代農業和林業工程的未來發展開闢了一條大路。”