從事納米技術(shù)研究的學(xué)者很少關(guān)注農(nóng)業(yè)，開(kāi)展農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究的專(zhuān)家也很少鉆研納米技術(shù)，這一現(xiàn)象近年來(lái)正逐漸改觀。
11月17日—18日，第一屆納米科技與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)際會(huì)議在北京召開(kāi)。記者從會(huì)上獲悉，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院成功開(kāi)發(fā)了一批高效安全的殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑等納米農(nóng)藥新劑型，引起了國(guó)內(nèi)外與會(huì)代表的高度關(guān)注。
研究結(jié)果顯示，納米農(nóng)藥制劑可顯著地增強(qiáng)藥效功能、延長(zhǎng)持效期、提高生物利用度、杜絕有害溶劑與助劑，從而大幅度節(jié)約施藥劑量，降低農(nóng)產(chǎn)品殘留和環(huán)境污染。
據(jù)悉，中國(guó)農(nóng)科院于2014年啟動(dòng)了國(guó)家納米農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的第一個(gè)“973”計(jì)劃項(xiàng)目“利用納米材料與技術(shù)提高農(nóng)藥有效性與安全性的基礎(chǔ)研究”，目前正致力于產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)和應(yīng)用推廣研究。
“納米農(nóng)藥的全面推廣應(yīng)用，將有利于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)化學(xué)農(nóng)藥的提質(zhì)增效與節(jié)量、減排，振興綠色農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)。”上述“973”項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)農(nóng)科院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)發(fā)所)研究員崔海信告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
“說(shuō)神秘也神秘，說(shuō)簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單”
喝雞湯與吃雞肉，哪個(gè)更容易吸收?這個(gè)問(wèn)題的答案毋庸置疑，崔海信向記者解釋道，雞湯里就含有納米物質(zhì)，為增鮮使用的調(diào)味料里也有納米物質(zhì)。此外，饅頭、牛奶、飲料等食品都含有納米物質(zhì)。
據(jù)介紹，納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，即10-9米，納米科技是在0.1——100納米尺度空間內(nèi)，研究物質(zhì)屬性和制造精密材料和機(jī)器的科學(xué)。納米技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)一同構(gòu)成了現(xiàn)代科技前沿的三大主導(dǎo)學(xué)科。
記者在會(huì)上獲知，納米技術(shù)是在納米尺度范圍內(nèi)研究材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)，主要包括納米尺度物質(zhì)的制備、復(fù)合、加工、組裝、測(cè)試與表征，實(shí)現(xiàn)納米材料在原子、分子尺度上的可控制備，并為其應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。納米技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)滲透到化工、醫(yī)藥、能源、材料和生命科學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，給人們的生活帶來(lái)極其深遠(yuǎn)的影響。
“提到納米技術(shù)，說(shuō)神秘也神秘，說(shuō)簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單。”崔海信表示，納米科技與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)合，正在推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在許多交叉領(lǐng)域不斷孕育新的重大突破，形成了新興高端農(nóng)業(yè)技術(shù)體系的生長(zhǎng)點(diǎn)。
當(dāng)前，納米科技在農(nóng)業(yè)上的集成應(yīng)用呈現(xiàn)多點(diǎn)突破之勢(shì)，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(nóng)藥、獸藥以及飼料等農(nóng)業(yè)投入品的有效利用率，降低殘留與污染。
記者在采訪中了解到，中國(guó)農(nóng)科院在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展納米科技與農(nóng)業(yè)科學(xué)的交叉研究。2014年中國(guó)農(nóng)科院?jiǎn)?dòng)了國(guó)家納米農(nóng)業(yè)領(lǐng)域第一個(gè)“973”計(jì)劃項(xiàng)目“利用納米材料與技術(shù)提高農(nóng)藥有效性與安全性的基礎(chǔ)研究”。
負(fù)責(zé)上述項(xiàng)目的是環(huán)發(fā)所農(nóng)業(yè)納米創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，他們圍繞著利用納米技術(shù)提高農(nóng)藥有效利用率和降低殘留污染等國(guó)家重大科技需求，系統(tǒng)地開(kāi)展了前瞻性、基礎(chǔ)性與應(yīng)用性的多學(xué)科交叉與協(xié)同創(chuàng)新研究，在納米農(nóng)藥的研制理論與技術(shù)創(chuàng)新方面取得了重要突破。
目前該團(tuán)隊(duì)已建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的難溶性農(nóng)藥水基化納米乳制備技術(shù)、長(zhǎng)效納米微囊制備技術(shù)、緩釋納米微球制備技術(shù)、納米混懸技術(shù)等農(nóng)藥納米化核心技術(shù)平臺(tái)，相關(guān)技術(shù)已獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利。
提質(zhì)增效，節(jié)量減排
我國(guó)是全球農(nóng)藥生產(chǎn)和使用大國(guó)，每年農(nóng)藥化學(xué)防治面積高達(dá)70億畝次，使用量超過(guò)200萬(wàn)噸。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)已形成了較為完整的農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)體系，為農(nóng)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定增產(chǎn)起到了保駕護(hù)航作用。
“但農(nóng)藥大多數(shù)為難溶性化合物，通常必須添加載體、溶劑、助劑等進(jìn)行劑型加工，才能兌水稀釋后噴灑使用。”中國(guó)農(nóng)科院環(huán)發(fā)所研究員曾章華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
據(jù)介紹，由于載藥粒子粗大和分散性差，傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型在田間噴施過(guò)程中，因藥滴滾落、粉塵飄移、雨水沖刷等造成的藥劑流失高達(dá)70%以上。
此外，農(nóng)藥的長(zhǎng)期大量與低效施用，致使我國(guó)許多地區(qū)的糧食、蔬菜、水果，以及土壤、水體中的農(nóng)藥殘留嚴(yán)重超標(biāo)，不僅對(duì)生物及人體健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，也導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的破壞。
崔海信向記者介紹，利用納米技術(shù)將農(nóng)藥粒子從傳統(tǒng)的5微米降低至100納米，農(nóng)藥的功效會(huì)得到充分發(fā)揮。
一方面，發(fā)揮納米載藥粒子的小尺寸與大比表面效應(yīng)，增大作物葉面和有害生物表面的黏附性與覆蓋率，進(jìn)一步通過(guò)納米載體的表面基團(tuán)修飾增加農(nóng)藥液滴的葉面親和能力，克服疏水性葉面的農(nóng)藥沉積障礙，減少葉面農(nóng)藥脫落，提高生物利用度。
另一方面，利用納米材料負(fù)載農(nóng)藥粒子，擬合作物防治需求曲線，實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放，減少農(nóng)藥施用次數(shù)，從而避免了農(nóng)藥濫用引發(fā)的食品安全問(wèn)題。
除了通過(guò)提高農(nóng)藥有效利用率，減少農(nóng)藥使用量之外，通過(guò)納米化提高難溶性農(nóng)藥粒子的分散性和溶出速率，還可以大大減少農(nóng)藥制劑成分中的有機(jī)溶劑使用量，從而減少有害溶劑與助劑流入環(huán)境造成污染。
目前，上述納米農(nóng)藥新劑型分別在華北、西北、華東、華中、華南等農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)，選擇典型作物與防治對(duì)象，開(kāi)展田間藥效試驗(yàn)。
重農(nóng)藥源頭創(chuàng)新 促“雙減行動(dòng)”
事實(shí)上，納米材料因其尺寸小、結(jié)構(gòu)特殊，而具有許多新的理化特性，如小尺寸效應(yīng)、大比表面積、高反應(yīng)活性、量子效應(yīng)等。這些特性使納米科技給各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化，各種納米材料在醫(yī)藥、電子、化妝品中廣泛使用。
然而，在造福人類(lèi)的同時(shí)，納米材料也可能會(huì)給環(huán)境和人體健康帶來(lái)影響。“由于目前納米材料的安全性評(píng)價(jià)體系尚不完善，因此，將納米材料與技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)時(shí)，必須重視相應(yīng)的毒理學(xué)、安全性研究，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)納米技術(shù)健康發(fā)展。”崔海信說(shuō)。
據(jù)了解，農(nóng)藥的發(fā)展趨勢(shì)是水基化和溶劑無(wú)害化。目前乳油、微乳劑等傳統(tǒng)農(nóng)藥劑型中大量使用的苯類(lèi)、醇類(lèi)和酮類(lèi)等極性溶劑，具有較高的急性毒性，并且容易滲透到農(nóng)田和地下水中，分離和消除難度高，對(duì)環(huán)境和食品安全具有一定的威脅。此外，現(xiàn)有農(nóng)藥劑型的表面活性劑使用量大，在成本上優(yōu)勢(shì)也不明顯。
在曾章華看來(lái)，減少有機(jī)溶劑和助劑的劑量，或選擇環(huán)境降解性好、成本低的有機(jī)溶劑和助劑，是完善納米農(nóng)藥的一個(gè)途徑。
此外，納米農(nóng)藥制劑顆粒小，比表面積大，表面能高，容易發(fā)生團(tuán)聚、分層、沉降等現(xiàn)象，進(jìn)而影響納米農(nóng)藥制劑的綜合性能。專(zhuān)家認(rèn)為，提高水基化納米農(nóng)藥儲(chǔ)存的穩(wěn)定性也是日后的研究熱點(diǎn)之一。
“相比于國(guó)外，我國(guó)農(nóng)藥殘留的社會(huì)壓力比較大。在過(guò)去，多是強(qiáng)調(diào)如何使用農(nóng)藥、化肥等產(chǎn)品，但如果農(nóng)藥制劑質(zhì)量不好，效果也有限。”崔海信表示，今后要通過(guò)農(nóng)藥源頭創(chuàng)新，促進(jìn)化肥農(nóng)藥“雙減行動(dòng)”。
2015年，農(nóng)業(yè)部制定出臺(tái)了《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)》，提出“確保到2020年實(shí)現(xiàn)‘一控兩減三基本’的目標(biāo)，有效保障我國(guó)糧食供給安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)業(yè)環(huán)境特別是產(chǎn)地環(huán)境的安全”。其中“兩減”就是指化肥、農(nóng)藥減量使用。
農(nóng)業(yè)部科教司副司長(zhǎng)汪學(xué)軍表示，后期將積極支持農(nóng)業(yè)納米科技研發(fā)，加速發(fā)展高效、安全的新型綠色農(nóng)業(yè)化學(xué)品，促進(jìn)農(nóng)業(yè)資源高效利用，從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品中的化學(xué)品殘留，推動(dòng)綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，提高食品安全性。
就目前狀況而言，崔海信認(rèn)為，應(yīng)加大科技投入，深入開(kāi)展納米材料與技術(shù)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用機(jī)理研究工作，緊密結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，面向市場(chǎng)需求，探索合理的產(chǎn)學(xué)研模式，加速研究成果的產(chǎn)業(yè)化，是推進(jìn)納米農(nóng)業(yè)技術(shù)研究的有效途徑。
