從事(shi)納米(mi)技術研(yan)究的學者很少(shao)關注(zhu)農(nong)業，開展(zhan)農(nong)業應(ying)用(yong)研(yan)究的專家也很少(shao)鉆研(yan)納米(mi)技術，這一現(xian)象近(jin)年來正逐漸改觀。
11月17日—18日，第一屆納米科技與農業可持續發展國際會議在北京召開。記者從會上獲悉，中國農業科學院成功開發了一批高效安全的殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等納米農藥新劑型，引起了國內外與會代表(biao)的高度關(guan)注(zhu)。
研究結果顯示，納米農藥制劑可顯著地(di)增強藥效功(gong)能、延長持效期、提高生物利(li)用度、杜絕有害溶(rong)劑與助劑，從(cong)而大(da)幅度節(jie)約施藥劑量(liang)，降低農產(chan)品(pin)殘留和環(huan)境污(wu)染。
據悉，中國農(nong)科院于(yu)(yu)2014年啟(qi)動了國家納米農(nong)業(ye)領(ling)域的(de)第一個“973”計劃(hua)項目“利用納米材料與技術提(ti)高農(nong)藥有效(xiao)性(xing)與安全性(xing)的(de)基礎(chu)研究”，目前正(zheng)致力于(yu)(yu)產業(ye)化開發和應用推(tui)廣研究。
“納米農(nong)藥(yao)(yao)(yao)的全面推廣(guang)應用，將(jiang)有利于實現傳統化學農(nong)藥(yao)(yao)(yao)的提質增效與(yu)節量、減(jian)排，振(zhen)興(xing)綠色農(nong)藥(yao)(yao)(yao)產業(ye)。”上(shang)述“973”項目首席科學家(jia)、中國(guo)農(nong)科院農(nong)業(ye)環(huan)境(jing)與(yu)可持續發展研究(jiu)(jiu)所(suo)(以下簡稱環(huan)發所(suo))研究(jiu)(jiu)員崔海信告訴《中國(guo)科學報》記(ji)者(zhe)。
“說神秘也神秘，說簡(jian)單也簡(jian)單”
喝雞(ji)(ji)(ji)湯(tang)與(yu)吃雞(ji)(ji)(ji)肉(rou)，哪個更容易吸收?這個問題的答案毋庸置疑，崔海(hai)信向記者(zhe)解(jie)釋(shi)道，雞(ji)(ji)(ji)湯(tang)里就(jiu)含(han)有納米物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)，為增鮮使(shi)用的調味料(liao)里也有納米物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)。此外，饅頭(tou)、牛奶(nai)、飲料(liao)等食品(pin)都含(han)有納米物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)。
據介紹，納(na)(na)(na)米(mi)是(shi)一(yi)(yi)個長度(du)單位，即10-9米(mi)，納(na)(na)(na)米(mi)科技(ji)是(shi)在(zai)0.1——100納(na)(na)(na)米(mi)尺度(du)空(kong)間內(nei)，研(yan)究物(wu)質屬性和(he)(he)制造精(jing)密材(cai)料(liao)和(he)(he)機器(qi)的科學。納(na)(na)(na)米(mi)技(ji)術(shu)與信息技(ji)術(shu)、生物(wu)技(ji)術(shu)一(yi)(yi)同構成了現代(dai)科技(ji)前(qian)沿的三大主(zhu)導學科。
記者在(zai)(zai)會(hui)上獲知(zhi)，納米技(ji)術是在(zai)(zai)納米尺(chi)(chi)度范圍內研究材料(liao)的性(xing)質和(he)應用(yong)的一種技(ji)術，主要包括納米尺(chi)(chi)度物質的制備、復合、加工(gong)、組裝、測試(shi)與表征，實現(xian)納米材料(liao)在(zai)(zai)原子、分子尺(chi)(chi)度上的可控制備，并為(wei)其應用(yong)奠定(ding)基礎。納米技(ji)術發展迅速，已經滲透到化工(gong)、醫藥、能源(yuan)、材料(liao)和(he)生命科學等各個領域(yu)，給人們的生活(huo)帶來極其深遠(yuan)的影響。
“提到納米技術，說(shuo)神秘也神秘，說(shuo)簡(jian)單也簡(jian)單。”崔海(hai)信表示，納米科技與傳統(tong)農(nong)業產業結合，正在推動(dong)傳統(tong)農(nong)業在許多(duo)交叉領域不斷孕育新的(de)重大突破，形成了新興高端農(nong)業技術體(ti)系(xi)的(de)生長點。
當前，納米科技在農業上的集成應用呈現多點突破之勢，其中之一便是利用納米材料的靶向傳輸與控釋功能，改善化肥、農(nong)藥、獸藥以及飼料等農(nong)業投入品的有(you)效(xiao)利用率，降(jiang)低殘(can)留(liu)與污染。
記(ji)者在(zai)采訪中了(le)解到(dao)，中國(guo)(guo)農(nong)科(ke)院在(zai)國(guo)(guo)內率先開展納(na)米(mi)(mi)科(ke)技與(yu)(yu)農(nong)業科(ke)學(xue)的交叉(cha)研(yan)究。2014年中國(guo)(guo)農(nong)科(ke)院啟動了(le)國(guo)(guo)家(jia)納(na)米(mi)(mi)農(nong)業領域(yu)第一個“973”計劃項目“利用納(na)米(mi)(mi)材(cai)料與(yu)(yu)技術提高農(nong)藥(yao)有效性與(yu)(yu)安全(quan)性的基(ji)礎研(yan)究”。
負責上述項目的是(shi)環發(fa)所農業(ye)納米(mi)創新(xin)(xin)團(tuan)隊，他(ta)們圍繞(rao)著利(li)(li)用納米(mi)技(ji)術提高農藥(yao)有(you)效利(li)(li)用率和降(jiang)低殘留污染等國家重(zhong)大科技(ji)需求，系統地開展了前瞻(zhan)性、基礎(chu)性與(yu)應用性的多學科交叉與(yu)協同創新(xin)(xin)研究，在納米(mi)農藥(yao)的研制(zhi)理論與(yu)技(ji)術創新(xin)(xin)方面取得了重(zhong)要(yao)突破。
目前該團隊已建(jian)立了具有自(zi)主(zhu)知識產權的(de)難溶性(xing)農藥水基化(hua)納(na)米乳制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)(shu)、長效納(na)米微囊制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)(shu)、緩釋納(na)米微球制(zhi)備(bei)技(ji)術(shu)(shu)(shu)、納(na)米混(hun)懸技(ji)術(shu)(shu)(shu)等(deng)農藥納(na)米化(hua)核(he)心技(ji)術(shu)(shu)(shu)平臺，相(xiang)關技(ji)術(shu)(shu)(shu)已獲得國家授權發(fa)明(ming)專利。
提質增效，節(jie)量(liang)減排
我國(guo)是全球(qiu)農(nong)藥生(sheng)產(chan)(chan)和使用大國(guo)，每(mei)年農(nong)藥化學(xue)防治面積高達(da)70億(yi)畝次，使用量超過200萬噸。經(jing)過多年的發展，我國(guo)已形成了(le)較為(wei)完(wan)整的農(nong)藥產(chan)(chan)業體系，為(wei)農(nong)業的持續穩定增產(chan)(chan)起到了(le)保駕護航作用。
“但(dan)農藥大(da)多數為難(nan)溶性化合物(wu)，通常必須添(tian)加載(zai)體、溶劑(ji)、助劑(ji)等(deng)進行劑(ji)型(xing)加工，才能(neng)兌水稀釋(shi)后(hou)噴灑使用(yong)。”中國(guo)農科(ke)院(yuan)環發(fa)所(suo)研(yan)究員(yuan)曾章(zhang)華告訴《中國(guo)科(ke)學報》記者。
據介紹，由于(yu)載(zai)藥(yao)粒(li)子粗大和分散性差，傳(chuan)統農藥(yao)劑型在田間噴施(shi)過程中，因藥(yao)滴滾落、粉塵飄移(yi)、雨水沖刷等造成的藥(yao)劑流失高達70%以(yi)上。
此(ci)外，農藥(yao)的長(chang)期大量與低效(xiao)施用，致使我國(guo)許多地區的糧食、蔬菜、水果，以及(ji)土壤(rang)、水體中的農藥(yao)殘留嚴重超(chao)標(biao)，不(bu)僅對(dui)生物及(ji)人體健康構成了(le)(le)嚴重威脅(xie)，也導致了(le)(le)生態系統結構和(he)功(gong)能的破壞。
崔海信向記者(zhe)介紹，利用(yong)納米技(ji)術將農藥粒子從傳統的(de)(de)5微米降低至(zhi)100納米，農藥的(de)(de)功(gong)效會得(de)到(dao)充分發揮。
一方面，發揮納米載藥(yao)(yao)粒子的(de)(de)小尺寸與(yu)大(da)比表(biao)面效應，增大(da)作物葉面和(he)有害(hai)生(sheng)物表(biao)面的(de)(de)黏(nian)附性與(yu)覆蓋率，進(jin)一步(bu)通過納米載體的(de)(de)表(biao)面基團修飾增加農藥(yao)(yao)液滴的(de)(de)葉面親和(he)能力，克服疏水性葉面的(de)(de)農藥(yao)(yao)沉(chen)積障礙，減少葉面農藥(yao)(yao)脫落，提高生(sheng)物利用度。
另一方面，利用納米材料(liao)負載農(nong)(nong)藥(yao)(yao)粒子，擬合作物(wu)防治需求曲(qu)線(xian)，實現藥(yao)(yao)物(wu)的控制釋放，減(jian)少農(nong)(nong)藥(yao)(yao)施用次數，從而避免了農(nong)(nong)藥(yao)(yao)濫用引發(fa)的食(shi)品(pin)安全問(wen)題。
除(chu)了通過提高農藥(yao)有效利用(yong)率(lv)，減(jian)少(shao)農藥(yao)使用(yong)量之外，通過納米(mi)化提高難溶性農藥(yao)粒子(zi)的分(fen)散性和溶出速率(lv)，還可(ke)以大大減(jian)少(shao)農藥(yao)制劑(ji)成(cheng)分(fen)中的有機溶劑(ji)使用(yong)量，從而減(jian)少(shao)有害溶劑(ji)與(yu)助劑(ji)流入環境(jing)造成(cheng)污染。
目前，上(shang)述納米農(nong)藥(yao)(yao)新(xin)劑型分別在華(hua)(hua)北(bei)、西北(bei)、華(hua)(hua)東(dong)、華(hua)(hua)中、華(hua)(hua)南等農(nong)業主產(chan)區，選擇典型作物與防治對象(xiang)，開展田(tian)間(jian)藥(yao)(yao)效試驗(yan)。
重農(nong)藥源頭創新 促“雙減行動”
事實上，納米材料因其尺寸小、結構特(te)殊，而具(ju)有許多新(xin)的理化特(te)性(xing)(xing)，如小尺寸效應、大比表面積、高反(fan)應活性(xing)(xing)、量子(zi)效應等。這些特(te)性(xing)(xing)使納米科(ke)技(ji)給各個領域帶(dai)來革(ge)命性(xing)(xing)的變(bian)化，各種納米材料在(zai)醫藥、電(dian)子(zi)、化妝(zhuang)品中廣(guang)泛使用(yong)。
然而，在造福人類(lei)的(de)同時，納米(mi)材(cai)料(liao)也可能(neng)會給環(huan)境和(he)人體(ti)(ti)健康帶來影(ying)響。“由于(yu)目前納米(mi)材(cai)料(liao)的(de)安全性評(ping)價體(ti)(ti)系(xi)尚不完(wan)善，因此，將納米(mi)材(cai)料(liao)與技(ji)術(shu)應用于(yu)農業時，必須重視(shi)相應的(de)毒理學(xue)、安全性研究，引導農業納米(mi)技(ji)術(shu)健康發展。”崔(cui)海信說。
據(ju)了(le)解，農(nong)藥的(de)發展趨勢是水基(ji)化和(he)溶劑(ji)(ji)無害化。目前乳(ru)油、微乳(ru)劑(ji)(ji)等傳統農(nong)藥劑(ji)(ji)型中(zhong)大量(liang)使用的(de)苯類、醇類和(he)酮(tong)類等極性(xing)(xing)溶劑(ji)(ji)，具有較高的(de)急性(xing)(xing)毒性(xing)(xing)，并且容易滲透到(dao)農(nong)田和(he)地下水中(zhong)，分(fen)離和(he)消除難度高，對環境和(he)食品安(an)全具有一定的(de)威(wei)脅。此外，現有農(nong)藥劑(ji)(ji)型的(de)表面活性(xing)(xing)劑(ji)(ji)使用量(liang)大，在(zai)成本上優勢也不明顯。
在曾章華(hua)看來，減少有(you)機溶(rong)劑(ji)和(he)助劑(ji)的劑(ji)量，或選擇(ze)環境降解(jie)性好、成本低的有(you)機溶(rong)劑(ji)和(he)助劑(ji)，是完善(shan)納米農藥的一個途徑。
此外，納(na)(na)米農藥(yao)制(zhi)劑顆粒小，比表(biao)面積大，表(biao)面能(neng)高，容(rong)易發生團聚、分層、沉降等現象，進而(er)影響納(na)(na)米農藥(yao)制(zhi)劑的(de)綜合(he)性能(neng)。專家(jia)認為，提高水基化納(na)(na)米農藥(yao)儲存的(de)穩定(ding)性也(ye)是日后(hou)的(de)研(yan)究(jiu)熱點之一。
“相比于(yu)國(guo)外，我國(guo)農(nong)藥(yao)殘留(liu)的(de)社(she)會(hui)壓力比較大。在過去，多是強調如(ru)何(he)使用農(nong)藥(yao)、化肥等產品，但如(ru)果農(nong)藥(yao)制劑質(zhi)量(liang)不好，效果也有限。”崔海信表示，今后(hou)要通過農(nong)藥(yao)源頭(tou)創(chuang)新，促(cu)進(jin)化肥農(nong)藥(yao)“雙減行(xing)動”。
2015年(nian)(nian)，農(nong)業部制定(ding)出臺了《農(nong)業部關于打(da)好農(nong)業面源污染防治攻堅戰的(de)實施意(yi)見》，提出“確保到2020年(nian)(nian)實現‘一控兩(liang)減(jian)三基本’的(de)目標，有效(xiao)保障我國糧(liang)食供給安全(quan)(quan)、農(nong)產品質量(liang)安全(quan)(quan)和農(nong)業環境特(te)別(bie)是產地環境的(de)安全(quan)(quan)”。其中“兩(liang)減(jian)”就是指化肥、農(nong)藥(yao)減(jian)量(liang)使用。
農(nong)業部科教司(si)副司(si)長汪(wang)學(xue)(xue)軍表示，后(hou)期將積(ji)極支持農(nong)業納米科技研發(fa)，加速發(fa)展(zhan)高(gao)效(xiao)、安全的新型綠色(se)(se)農(nong)業化學(xue)(xue)品(pin)，促進農(nong)業資源高(gao)效(xiao)利用(yong)，從源頭上(shang)控制農(nong)產(chan)(chan)品(pin)中的化學(xue)(xue)品(pin)殘留(liu)，推動綠色(se)(se)農(nong)產(chan)(chan)品(pin)生產(chan)(chan)，提高(gao)食品(pin)安全性。
就目前狀況而言(yan)，崔海信認為，應加大科技投入(ru)，深入(ru)開(kai)展納米材(cai)料與(yu)技術的農(nong)業(ye)應用機理研(yan)(yan)究工作，緊密(mi)結合農(nong)業(ye)生產實際(ji)，面向市場(chang)需求，探索合理的產學研(yan)(yan)模式(shi)，加速(su)研(yan)(yan)究成(cheng)果的產業(ye)化，是推進(jin)納米農(nong)業(ye)技術研(yan)(yan)究的有(you)效途徑(jing)。
