北海道大學研究生院綜合化學院的永瀨望（碩士生）和北海道大學研究生院工學研究院的石田晃彥助教、日比野光惠助教、真榮城正壽副教授、渡慶次學教授組成的研究團隊發表研究成果稱，成功開發出了一種可以在3分鐘内測定土壤中的鎂離子（Mg²+）濃度的紙質分析設備，將用於分析反應的流道和試劑整合到了名片大小的濾紙中，只需一滴溶液即可透過影像分析測量Mg²⁺濃度。研究團隊目前已在開發支援影像解析的智慧型手機應用程式，並計劃擴展到鎂以外的其他離子濃度的測量，目標是開發出一種可以在田間低成本、簡便地判斷適量施肥量的裝置。該技術有望解決由於過度施肥造成的環境污染和土壤退化等農業問題。相關研究成果已在9月11日至13日於名古屋工業大學舉辦的日本分析化學會第73屆尾牙上發表。
研究概要（供圖：北海道大學）
過度施肥會引發肥料流失進而造成環境污染和土壤退化，這已成爲可持續農業面臨的一項挑戰。
另一方面，土壤分析和診斷需要委託專業機構，成本高昂，取得結果需要花費1個月左右。而且常規的土壤分析通常是將田地多個地點的土壤混合進行分析，因此很難掌握合適的施肥量。
此前，研究團隊在北海道大學「穩健農林水產工學研究計劃」的支援下，開展了各種分析技術的研究。自去年起，他們開始參與生物系特定產業技術研究支援中心的「令和5年度（2023年）開放式創新研究與實用化推進項目」，致力於開發可簡便、低成本地診斷土壤的設備。
此次開發出來的是在濾紙上整合有反應試劑的微流道，透過毛細現象使樣品液滴（透過溶劑溶解土壤得到的溶液）在流道入口處流動，從而實施自動化分析操作。流道以外的部分被疏水性油墨固化，毛細現象僅在流道内發揮作用。在流道的下游設置有面積與Mg2+濃度成正比增加面積的顯色區域，透過對這一面積進行影像解析即可測得濃度。
目前，研究團隊正在與企業合作開發一款智慧型手機應用程式，可在田間測定合適的施肥量，同時還在開發可測量硝酸、磷、鉀、pH值的裝置。計劃最終開發一種用一張試紙便可分析包括Mg2+在内的5種物質的裝置。
裝置的使用方法很簡單，分三步即可完成：在提取劑中加入土壤，攪拌後將一滴上澄液滴到裝置上。裝置爲一次性的，預計每片得成本約爲300日元（約合人民幣15元）左右。開發的應用程式配備了對必要的施肥量提供建議的功能，使得一個農業從業者可在田間簡便、低成本地自行判斷施肥量。
實地驗證試驗最早將於本年度内在北海道綜合研究機構中央農業試驗場或HOKUREN農業統合組合聯合會的示範農場起動。據悉，研究團隊還在考慮開發不僅測定營養成分，還可檢測有害成分得設備。
石田助教表示：「土壤的成分並不均勻，因此在同一塊田地内需要測量多個位置。我們設計的這款裝置能夠簡便、快速且價格低廉地完成測量，即使在多個地點反復分析也不會造成負擔。過去往往將一定量的肥料均勻撒佈，這種方法現在被指出有過度施肥的弊端。一定程度上掌握肥料的分佈情況後再進行施肥，將有望消除有過度施肥傾向的施肥方法，從而有望爲解決農業問題做出貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
