“我國量子科學已經領先世界了，納米科技正處在與國際并跑階段。”這是中國農業科學院農業納米研究中心主任、農業環境與可持續發展研究所研究員崔海信對我國納米科技發展狀況作出的判斷。日前，在該院舉辦的農科講壇上，崔海信作了以“納米科技與農業的綠色發展”為主題的報告。
《國家“十一五”基礎研究發展規劃》提出，要在蛋白質科學、量子科學、納米科學技術、發育與生殖生物學等科學前沿領域實現重大突破，達到國際先進水平。目前，我國在農業納米材料制備技術與新型投入品創制方面取得了重要進展，促進了現代前沿科技與傳統農業的有機結合。
“十一五”以來，崔海信作為我國納米農業的領銜科學家，帶領團隊針對典型農藥、獸藥與疫苗，系統闡述了利用納米材料的小尺寸智能表面與環境響應的特性，改善藥物理化性狀與生物活性，構建了靶向傳輸和智能釋放等功能的新型載藥系統，創立了農業納米藥物制備的方法，相關研究處于國際領先的水平。
現代與傳統的切合點
納米技術、信息技術和生物技術被稱為現代科學技術前沿的三大主導學科，它們與傳統產業技術的交叉與融合，推動了精密制造、新材料、新能源等高端產業的技術革命。
崔海信向記者介紹，納米科技是研究100納米尺度空間內的物質特性及其相互作用規律的一門科學，也是創造微小物質和機器的一門科學。其基礎是物理學、化學和材料科學，它本身是多學科交叉的技術科學，它跟傳統的科技領域進一步交叉融合，形成了二次分支、三次分支。
“跟農業有關的納米科技分支有納米顯微技術、納米自組裝技術、納米影像學技術、納米分析技術。”崔海信表示，目前農業生產鏈條的每個環節都有納米技術的參與。
崔海信歸納了納米科技在農業上的應用領域，主要有傳感器、農業投入品、食品加工以及生物工業等。上述領域也是美國農業部支持的一些納米科技項目。
以食品為例，可以利用納米技術來改善功能食品、健康食品和強化食品的營養價值、風味、質地和口感。另外，把納米食材粒度化，像淀粉、纖維素、香料、調味品、維生素;把一些不是很穩定的蛋白和生物活性物質用納米微膠囊裝載起來，促進體內的營養吸收和生物利用率，改善生物活性。
日常生活中，很多農產品或食品都會用到保鮮膜。據介紹，可以利用納米技術把保鮮膜設計成選擇性的透氣、保水、保溫、抗菌等多功能，“看起來很普通，但對食品質量的影響非常明顯。”崔海信說。
另外，還可以利用納米技術做標識和防偽系統。走進超市，都會發現現在每個商品都有一個條形碼，用納米量子點或者分子標簽就很小，甚至很難偽造。目前，納米科技在該領域發展比較快。
當前，納米科技與農業結合最密切的領域是納米劑型化農業化學投入品，包括肥料、農藥、獸藥、飼料等。如納米肥料，依據作物吸收模式利用肥料載體控制肥料養分釋放速度，提高氮肥等速溶性肥料的養分吸收率，改善難溶性磷肥與礦物微肥在土壤中的溶解度與分散性。
崔海信介紹，納米農藥利用納米藥物載體控制藥物最低有效釋放濃度，降低食品與環境殘留污染。納米獸藥實現靶向傳輸，延長它的持效期，降低毒副作用。
而在飼料的應用上，可以把飼料的素材納米化，然后納米結構化和納米尺度化，增加吸收利用。對于精品飼料里面的微量元素、維生素、抗菌劑等難溶性、不穩定的添加成分，通過納米技術進行加工，可改善其分散性和生物利用率。“但目前限于成本，僅僅是理論研究”。崔海信說。
改善農業投入品效能
自美國2000年啟動了納米科技專項以后，其他歐美國家相繼都在開展納米農業的研究。“十一五”以來，國家“863”計劃、“支撐計劃”“重大科技專項”和“重大科學研究計劃”等科技項目也相繼支持了農業納米技術相關領域的研究工作。2006年，崔海信主持了“863”計劃項目“新型高效生物藥物載體與新制劑創制”課題，2014年，主持了國家重大科學研究計劃部署在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”。
這些年來，崔海信團隊在農藥、化肥等投入品方面進行了系統探索。關于納米農藥的研發，崔海信認為，可以利用納米技術控制農藥釋放速度和改善其分散性。比如，一部分生物農藥在環境中不穩定，需要用納米載體來包裹，讓它在田間效果更長一些。
早在2016年底，記者在首屆納米科技與農業可持續技術發展國際會議上獲悉，崔海信團隊已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，正致力于產業化開發和推廣應用研究。
據介紹，他們團隊充分利用納米技術，將農藥粒子從傳統的5微米降低至100納米，小尺寸效應可減少葉面農藥脫落，提高了農藥的利用率。
目前，該團隊通過納米化和載體的應用及工藝的開發，重點發展了四種農藥劑型，分別是納米微乳劑、納米混懸劑、微膠囊制劑和固體制劑。以納米微乳劑為例，崔海信介紹，乳油制劑有機溶劑含量達90%，以水取代有機溶劑，用這種技術可以緩解“三苯”的污染。
據測算，在病蟲害防治效果相同的前提下，與傳統農藥相比，全面推廣使用納米技術，可降低農藥投放量30%以上，每年減少“三苯”類溶劑50萬噸，大幅度降低農藥殘留污染，改善生態環境。
助力農業可持續發展
據測算，每年有數億噸生產資料向農業生產系統投放。“如果用納米技術能夠增效，我想這是資源高效利用的一個重要方面，緩解資源壓力。”崔海信說。
如何用納米技術來控制面源污染、保證食品安全，是崔海信團隊一直考慮的問題。目前消費者對農藥、獸藥、肉蛋奶殘留非常關心，“雖然國家制定了很多法規標準，沒有好的藥劑，是很難做到的。”崔海信告訴記者。
此外，國家發布了綠色農業發展的文件，農業部也在制定納米綠色防控技術的一個清單，納米農業投入品也被列到初稿里面。在崔海信看來，這些新產品可以推動化肥農藥、飼料、食品加工等產業升級，提高附加值，來推動新產業，促進三產融合，形成新業態。
關于發展新學科，崔海信認為，納米技術與不同領域交叉，會產生很多新的領域，使傳統的農業科學能夠向更前沿、更縱深、更先進的方向發展。
“隨著工業化與城市化進程的推進，采用納米技術與新材料等前沿科技推動農業科技原始創新，有利于實現農業可持續發展。”崔海信說。 近年來，該團隊不斷引進有關化學、材料學、藥物學背景的青年才俊，這些學者跟農學領域的專家進行交叉，然后來推進納米農業多學科交叉研究。
在談到納米農業研究的前景時，崔海信表示，將帶領科研團隊面向納米學科前沿，按照農業綠色發展的要求，進一步聚焦農業資源高效利用與可持續發展、源頭控制農業面源污染、農產品質量與食品安全改善、生物災害綠色防控等問題，為推動我國農資產業技術升級，提高農產品加工質量與效率，促進生物質資源多級轉化利用，培育新興戰略產業，促進一二三產融合作出新的貢獻。
