阿克伦大学郑洁教授课题组 Small：热响应两性离子聚合物智能土壤

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盐碱化土壤的监测和修复对粮食生产、温室气体减排、气候变化等全球问题具有显著地实际意义。传统的土壤修复策略主要集中在管理、调控土壤中的水、养分和重金属含量，但其往往忽视早期盐碱化水平监测以实现及时的信号反馈、土壤修复。

有鉴于此，美国阿克伦大学郑洁教授课题组提出智能土壤的概念并设计、配制了一款全新的智能土壤，由信号土壤层(USS) 和底部吸湿层 (HSB) 组成，化学成分包括两性离子化热响应性聚合物（poly(NIPAM-co-VPES) 和poly (NIPAM-co-SBAA)。所制备的智能土壤即使在盐碱化后仍表现出多种优越的能力：（1）通过离子交换和酸碱中和，有效降低土壤盐分和碱度；（2）通过在干燥条件下吸附水分和在潮湿条件下释放水分来控制水循环；（3）智能土壤盐碱化的过程可使吡啶基配体（特殊的变色两性离子）降解为水溶性、富含氮盐的成分，增强土壤肥力；（4）通过 pH 诱导的颜色变化实时监测土壤的盐碱化过程。进一步地，豆类植物生长研究证实所设计的智能土壤可协同性地调节土壤盐碱化并支持植物生长。

图1. 新型智能土壤的结构化设计。

图2. 砂土、粘土和智能土壤在盐碱化前后的理化结构差异。

图3. 大豆类植株在不同的盐碱化土壤培养、生长情况对比。

这一多学科结合的研究成果《Formulating Zwitterionic, Responsive Polymers for Designing Smart Soils》日前在线发表于Small，通讯作者为郑洁教授，第一作者为阿克伦大学在读博士生张冬。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202203899 

Dong Zhang, Yijing Tang, Chang Zhang, FNU Huhe, Baoyi Wu, Xiong Gong, Steven S. C. Chuang, Jie Zheng*. Formulating Zwitterionic, Responsive Polymers for Designing Smart Soils. Small. 2022.

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