8.1 H₂的当前状况

到目前为止讨论的观察和研究表明，H₂是解决农业可持续性挑战的一个有希望的解决方案。随着全球农业部门面临土壤退化、水资源短缺和化学投入导致的环境恶化等问题，采用基于H₂的策略提供了积极变革的有希望的途径。例如，通过利用H₂施肥技术，促进植物促生根际细菌的增殖并提高养分吸收效率，农民可以减少对化学肥料的依赖，同时保持或提高作物产量和质量。此外，整合HRW灌溉系统有望通过增加作物、蔬菜和果实中有益植物化学物质的含量来提高营养食品质量，同时减少重金属积累等其他好处。

8.2 氢气在农业中大规模应用的实例

氢气在农业中的应用最近已开始以经济规模进行。例如，在中国，基于氢气的灌溉田间试验正在逐步进行。空气液公司和南京农业大学建立了草莓和番茄的氢气农业基地。据报道，通过基于氢气的灌溉，番茄产量分别在无肥料和有肥料的情况下增加了约39%和28%。草莓的风味和番茄的营养质量也得到了改善。经过氢气灌溉的草莓售价高达每公斤42美元，而常规草莓的价格为每公斤8-11美元。同样地，氢气灌溉后的中国白菜产量增加了32.7%。此外，在上海青浦区（9.67公顷，2022年产量增加18.8%）和松江区（5.33公顷，2023年产量增加6.9%）的示范田中，氢气灌溉的水稻取得了良好的收成，这被媒体广泛报道。根据这些结果，松江区采用氢气灌溉的水稻种植面积将在2024年扩大到26.67公顷。至于大规模推广基于氢气的水稻、水果和蔬菜灌溉，成本是主要瓶颈。目前，由于设备和运输的原因，向0.067公顷注入足够的氢气的成本至少为5.5美元。由于基于氢气灌溉在提高农产品附加值方面的前景令人鼓舞，政府、企业和科研机构可能会联合起来克服困难，推动可持续农业发展。

8.3 氢气使用的成本

随着氢气能源产业的迅速发展，氢气生产的成本正在显著下降。目前，超过95%的商业生产的氢气依赖于化石燃料，在美国、欧洲和中国的价格为每公斤氢气1-2美元，而通过水电解产生的绿色氢气的成本为每公斤氢气5-10美元。预计随着风能和光伏技术的规模扩大，到2050年电解氢气生产的成本将减少30%-80%，使其接近于从化石燃料生产氢气的成本。考虑到氢气的有限消耗量，氢气基食品/作物生产的主要成本取决于设备和劳动力费用。因此，氢气补充在农业和食品工业中的技术既经济可行又实际可行。

8.4 氢气使用的挑战

尽管基于氢气的农业解决方案具有令人鼓舞的好处，但需要解决几个挑战以确保其广泛应用和有效性。这些挑战包括技术准备就绪性、可扩展性和监管框架，这些框架管理着新型农业投入品的使用。如前所述，H₂是一种气态分子，不会无限期地保持在溶液中；因此，需要开发现场使用的氢气灌溉设备以确保氢气输送。这样的装置在市场上并不常见，因此需要特别针对大规模应用进行工程设计。虽然我们不知道任何关于农业用氢气的政府限制，但不同国家可能有不同的批准要求。

8.5 氢气在农业和食品工业中的未来前景

大规模农民实施基于氢气技术的准备程度尚不清楚，因为仍有许多问题需要解决。目前还不清楚最有效的方法是什么，是否应该在每个过程中都应用H₂，以及每种可能的应用和步骤单独及组合的确切成本效益分析是什么。然而，这并没有阻止一些团体在方便时实施氢气技术。作者了解到亚洲、欧盟和美国的一些较小农业销售点以及全球各地的个人花园/农场已经在农业中采用了H₂。在这一点上，从已发表的研究中可以清楚地看出，使用氢气不会损害或减少作物产量，也不会产生其他负面影响。因此，这些早期采用者很可能只会体验到潜在的益处，随着时间的推移，这应该解决成本效益分析的问题，最终为更大的公司确定基于氢气的农业的可行性铺平道路。这将使利益相关者和工程师能够识别实施的关键障碍并制定克服挑战的策略，以释放氢气在促进农业可持续性方面的全部潜力。

9 结论

总之，氢气作为一种“绿色”解决方案的多方面潜力远远超出了满足能源需求的范围。面对气候变化、传染病流行病和人口增长等全球挑战，迫切需要可持续的解决方案。H₂在健康、农业和食品工业中的多样化应用使其成为应对当今重大挑战的独特适合的方法，促进了丰富的作物生产和对农食品链的积极影响。氢气作为绿色替代肥料的作用通过其促进植物生长、增强养分吸收和减少对化学肥料依赖的能力得到了强调。尽管已经讨论了在农业中使用H₂，但在文献中没有关于其在更广泛的食品工业中潜在应用的报告。

在灌溉中应用富含氢气的水可以通过减轻作物中重金属积累来提供与健康相关的好处。在食品工业中，采用基于氢气的策略可能在保持营养和感官特性、减少重金属含量、限制生物胺形成、提高微生物安全性和延长产品保质期方面发挥关键作用。在一个可持续发展框架内拥抱氢气可以确保生产安全、高质量的产品，促进从田间到餐叉的整体方法。虽然考虑实施基于氢气的解决方案的挑战和成本很重要，但潜在的好处是显著的。进一步的研究和开发也是必要的，以根据每种作物/产品的规格优化氢气应用方法，并确保它们对农民和食品生产商来说经济可行且广泛可及。