從事納米技術研究的學者很少關注農業，開展農業應用研究的專家也很少鉆研納米技術，這一現象近年來正逐漸改觀。
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的高度關注。
研究結果顯示，納米農藥制劑可顯著地增強藥效功能、延長持效期、提高生物利用度、杜絕有害溶劑與助劑，從而大幅度節約施藥劑量，降低農產品殘留和環境污染。
據悉，中國農科院于2014年啟動了國家納米農業領域的第一個“973”計劃項目“利用納米材料與技術提高農藥有效性與安全性的基礎研究”，目前正致力于產業化開發和應用推廣研究。
“納米農藥的全面推廣應用，將有利于實現傳統化學農藥的提質增效與節量、減排，振興綠色農藥產業。”上述“973”項目首席科學家、中國農科院農業環境與可持續發展研究所(以下簡稱環發所)研究員崔海信告訴《中國科學報》記者。
“說神秘也神秘，說簡單也簡單”
喝雞湯與吃雞肉，哪個更容易吸收?這個問題的答案毋庸置疑，崔海信向記者解釋道，雞湯里就含有納米物質，為增鮮使用的調味料里也有納米物質。此外，饅頭、牛奶、飲料等食品都含有納米物質。
據介紹，納米是一個長度單位，即10-9米，納米科技是在0.1——100納米尺度空間內，研究物質屬性和制造精密材料和機器的科學。納米技術與信息技術、生物技術一同構成了現代科技前沿的三大主導學科。
記者在會上獲知，納米技術是在納米尺度范圍內研究材料的性質和應用的一種技術，主要包括納米尺度物質的制備、復合、加工、組裝、測試與表征，實現納米材料在原子、分子尺度上的可控制備，并為其應用奠定基礎。納米技術發展迅速，已經滲透到化工、醫藥、能源、材料和生命科學等各個領域，給人們的生活帶來極其深遠的影響。
“提到納米技術，說神秘也神秘，說簡單也簡單。”崔海信表示，納米科技與傳統農業產業結合，正在推動傳統農業在許多交叉領域不斷孕育新的重大突破，形成了新興高端農業技術體系的生長點。
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、農藥、獸藥以及飼料等農業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，中國農科院在國內率先開展納米科技與農業科學的交叉研究。2014年中國農科院啟動了國家納米農業領域第一個“973”計劃項目“利用納米材料與技術提高農藥有效性與安全性的基礎研究”。
負責上述項目的是環發所農業納米創新團隊，他們圍繞著利用納米技術提高農藥有效利用率和降低殘留污染等國家重大科技需求，系統地開展了前瞻性、基礎性與應用性的多學科交叉與協同創新研究，在納米農藥的研制理論與技術創新方面取得了重要突破。
目前該團隊已建立了具有自主知識產權的難溶性農藥水基化納米乳制備技術、長效納米微囊制備技術、緩釋納米微球制備技術、納米混懸技術等農藥納米化核心技術平臺，相關技術已獲得國家授權發明專利。
提質增效，節量減排
我國是全球農藥生產和使用大國，每年農藥化學防治面積高達70億畝次，使用量超過200萬噸。經過多年的發展，我國已形成了較為完整的農藥產業體系，為農業的持續穩定增產起到了保駕護航作用。
“但農藥大多數為難溶性化合物，通常必須添加載體、溶劑、助劑等進行劑型加工，才能兌水稀釋后噴灑使用。”中國農科院環發所研究員曾章華告訴《中國科學報》記者。
據介紹，由于載藥粒子粗大和分散性差，傳統農藥劑型在田間噴施過程中，因藥滴滾落、粉塵飄移、雨水沖刷等造成的藥劑流失高達70%以上。
此外，農藥的長期大量與低效施用，致使我國許多地區的糧食、蔬菜、水果，以及土壤、水體中的農藥殘留嚴重超標，不僅對生物及人體健康構成了嚴重威脅，也導致了生態系統結構和功能的破壞。
崔海信向記者介紹，利用納米技術將農藥粒子從傳統的5微米降低至100納米，農藥的功效會得到充分發揮。
一方面，發揮納米載藥粒子的小尺寸與大比表面效應，增大作物葉面和有害生物表面的黏附性與覆蓋率，進一步通過納米載體的表面基團修飾增加農藥液滴的葉面親和能力，克服疏水性葉面的農藥沉積障礙，減少葉面農藥脫落，提高生物利用度。
另一方面，利用納米材料負載農藥粒子，擬合作物防治需求曲線，實現藥物的控制釋放，減少農藥施用次數，從而避免了農藥濫用引發的食品安全問題。
除了通過提高農藥有效利用率，減少農藥使用量之外，通過納米化提高難溶性農藥粒子的分散性和溶出速率，還可以大大減少農藥制劑成分中的有機溶劑使用量，從而減少有害溶劑與助劑流入環境造成污染。
目前，上述納米農藥新劑型分別在華北、西北、華東、華中、華南等農業主產區，選擇典型作物與防治對象，開展田間藥效試驗。
重農藥源頭創新 促“雙減行動”
事實上，納米材料因其尺寸小、結構特殊，而具有許多新的理化特性，如小尺寸效應、大比表面積、高反應活性、量子效應等。這些特性使納米科技給各個領域帶來革命性的變化，各種納米材料在醫藥、電子、化妝品中廣泛使用。
然而，在造福人類的同時，納米材料也可能會給環境和人體健康帶來影響。“由于目前納米材料的安全性評價體系尚不完善，因此，將納米材料與技術應用于農業時，必須重視相應的毒理學、安全性研究，引導農業納米技術健康發展。”崔海信說。
據了解，農藥的發展趨勢是水基化和溶劑無害化。目前乳油、微乳劑等傳統農藥劑型中大量使用的苯類、醇類和酮類等極性溶劑，具有較高的急性毒性，并且容易滲透到農田和地下水中，分離和消除難度高，對環境和食品安全具有一定的威脅。此外，現有農藥劑型的表面活性劑使用量大，在成本上優勢也不明顯。
在曾章華看來，減少有機溶劑和助劑的劑量，或選擇環境降解性好、成本低的有機溶劑和助劑，是完善納米農藥的一個途徑。
此外，納米農藥制劑顆粒小，比表面積大，表面能高，容易發生團聚、分層、沉降等現象，進而影響納米農藥制劑的綜合性能。專家認為，提高水基化納米農藥儲存的穩定性也是日后的研究熱點之一。
“相比于國外，我國農藥殘留的社會壓力比較大。在過去，多是強調如何使用農藥、化肥等產品，但如果農藥制劑質量不好，效果也有限。”崔海信表示，今后要通過農藥源頭創新，促進化肥農藥“雙減行動”。
2015年，農業部制定出臺了《農業部關于打好農業面源污染防治攻堅戰的實施意見》，提出“確保到2020年實現‘一控兩減三基本’的目標，有效保障我國糧食供給安全、農產品質量安全和農業環境特別是產地環境的安全”。其中“兩減”就是指化肥、農藥減量使用。
農業部科教司副司長汪學軍表示，后期將積極支持農業納米科技研發，加速發展高效、安全的新型綠色農業化學品，促進農業資源高效利用，從源頭上控制農產品中的化學品殘留，推動綠色農產品生產，提高食品安全性。
就目前狀況而言，崔海信認為，應加大科技投入，深入開展納米材料與技術的農業應用機理研究工作，緊密結合農業生產實際，面向市場需求，探索合理的產學研模式，加速研究成果的產業化，是推進納米農業技術研究的有效途徑。
