科学家们开发了一种基于铕的薄膜涂层并证明它可以加速植物和树木的生长。这项技术可以提高植物生产速度并有可能帮助解决全球粮食供应问题。这个跨学科的研究团队来自北海道大学的工程和农业部门及化学反应设计和发现研究所。

植物利用一种叫做光合作用的过程将可见光转化为能量。除了可见光之外，太阳光还发出紫外线(UV)辐射。在这项工作中，科学家们使用了一种波长转换材料(WCM)，它可以将紫外线辐射变为红光从而为植物提供更多的可见光用于光合作用。

科学家们开发了一种基于铕复合物的WCM并制作了一种可应用于市面上的塑料片的薄膜涂层。研究人员不仅证明了该薄膜能将紫外线转换为红光，而且他们还表明该薄膜不会阻挡来自太阳的任何有益的可见光。然后通过比较使用带有和不带有WCM涂层的塑料板的植物生长情况对该薄膜进行了测试。

研究人员对瑞士甘蓝（一种植物）和日本落叶松树都进行了试验。在夏季，当日照时间长、阳光照射强时，使用WCM薄膜对瑞士甘蓝没有观察到明显的差异。然而在冬季，当白天较短、阳光较弱时，使用WCM薄膜种植的瑞士芥菜在63天后显示出1.2倍的植物高度和1.4倍的生物量。研究人员将这种加速生长归因于WCM薄膜提供的红光供应增加。

涉及日本落叶松树的试验也显示出生长速度的加快。在生长的最初4个月，幼苗显示出较高的相对增长率，跟没有使用WCM涂层的树木相比，其茎干直径大0.2倍，总生物量大0.4倍。最重要的是，这使幼苗在一年内达到了北海道林业种植的标准尺寸。使用WCM薄膜可以将树苗的生长周期从两年缩短到一年从而使植物生产更具成本效益。

这项技术还有可能帮助解决气候寒冷地区的粮食安全问题，并且由于它不需要任何电力来运作，因此是有益的。据研究小组称，该技术的可定制性特别有发展前景。

研究论文第一作者Sunao Shoji说道：“通过使用波长变化材料的涂层，我们得以成功地创建一个透明的薄膜并展示其加速植物生长的能力。通过合理设计发光离子，我们可以自由控制发射光的颜色，使其成为绿色或黄色等其他颜色，因此我们期望能够创造出针对不同植物类型而优化的波长转换薄膜。这为下一代农业和林业工程的未来发展开辟了一条大路。”