北海道大学研究生院综合化学院的永濑望（硕士生）和北海道大学研究生院工学研究院的石田晃彦助教、日比野光惠助教、真荣城正寿副教授、渡庆次学教授组成的研究团队发表研究成果称，成功开发出了一种可以在3分钟内测定土壤中的镁离子（Mg²+）浓度的纸质分析设备，将用于分析反应的流道和试剂集成到了名片大小的滤纸中，只需一滴溶液即可通过图像分析测量Mg²⁺浓度。研究团队目前已在开发支持图像解析的智能手机应用程序，并计划扩展到镁以外的其他离子浓度的测量，目标是开发出一种可以在田间低成本、简便地判断适量施肥量的装置。该技术有望解决由于过度施肥造成的环境污染和土壤退化等农业问题。相关研究成果已在9月11日至13日于名古屋工业大学举办的日本分析化学会第73届年会上发表。
研究概要（供图：北海道大学）
过度施肥会引发肥料流失进而造成环境污染和土壤退化，这已成为可持续农业面临的一项挑战。
另一方面，土壤分析和诊断需要委托专业机构，成本高昂，取得结果需要花费1个月左右。而且常规的土壤分析通常是将田地多个地点的土壤混合进行分析，因此很难掌握合适的施肥量。
此前，研究团队在北海道大学“稳健农林水产工学研究计划”的支持下，开展了各种分析技术的研究。自去年起，他们开始参与生物系特定产业技术研究支持中心的“令和5年度（2023年）开放式创新研究与实用化推进项目”，致力于开发可简便、低成本地诊断土壤的设备。
此次开发出来的是在滤纸上集成有反应试剂的微流道，通过毛细现象使样品液滴（通过溶剂溶解土壤得到的溶液）在流道入口处流动，从而实现自动化分析操作。流道以外的部分被疏水性油墨固化，毛细现象仅在流道内发挥作用。在流道的下游设置有面积与Mg2+浓度成正比增加面积的显色区域，通过对这一面积进行图像解析即可测得浓度。
目前，研究团队正在与企业合作开发一款智能手机应用程序，可在田间测定合适的施肥量，同时还在开发可测量硝酸、磷、钾、pH值的装置。计划最终开发一种用一张试纸便可分析包括Mg2+在内的5种物质的装置。
装置的使用方法很简单，分三步即可完成：在提取剂中加入土壤，搅拌后将一滴上清液滴到装置上。装置为一次性的，预计每片得成本约为300日元（约合人民币15元）左右。开发的应用程序配备了对必要的施肥量提供建议的功能，使得一个农业从业者可在田间简便、低成本地自行判断施肥量。
实地验证试验最早将于本年度内在北海道综合研究机构中央农业试验场或HOKUREN农业协同组合联合会的示范农场启动。据悉，研究团队还在考虑开发不仅测定营养成分，还可检测有害成分得设备。
石田助教表示：“土壤的成分并不均匀，因此在同一块田地内需要测量多个位置。我们设计的这款装置能够简便、快速且价格低廉地完成测量，即使在多个地点反复分析也不会造成负担。过去往往将一定量的肥料均匀撒布，这种方法现在被指出有过度施肥的弊端。一定程度上掌握肥料的分布情况后再进行施肥，将有望消除有过度施肥倾向的施肥方法，从而有望为解决农业问题做出贡献。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
