“我國(guo)量子科(ke)(ke)學已經(jing)領先世界了(le)，納米科(ke)(ke)技(ji)正處在與(yu)(yu)國(guo)際并跑(pao)階段。”這(zhe)是中(zhong)國(guo)農業科(ke)(ke)學院農業納米研究中(zhong)心主任、農業環境與(yu)(yu)可持(chi)續發(fa)展(zhan)研究所研究員(yuan)崔海(hai)信對我國(guo)納米科(ke)(ke)技(ji)發(fa)展(zhan)狀況作(zuo)出的判(pan)斷。日(ri)前，在該院舉(ju)辦(ban)的農科(ke)(ke)講壇上，崔海(hai)信作(zuo)了(le)以“納米科(ke)(ke)技(ji)與(yu)(yu)農業的綠色(se)發(fa)展(zhan)”為(wei)主題的報告。
《國家“十一(yi)五”基(ji)礎研究發展(zhan)規劃》提出，要(yao)在蛋(dan)白質科學、量子科學、納(na)米科學技術(shu)、發育與生殖生物學等科學前(qian)沿(yan)領域實現重(zhong)大(da)突破，達到國際(ji)先進(jin)水(shui)平。目前(qian)，我國在農業納(na)米材料制備技術(shu)與新型(xing)投入品創制方(fang)面取得了重(zhong)要(yao)進(jin)展(zhan)，促進(jin)了現代前(qian)沿(yan)科技與傳統農業的(de)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(yao)(yao)與疫(yi)苗，系統闡述了(le)利用納米(mi)材料(liao)的(de)小尺寸智能(neng)表面與環境響應(ying)的(de)特性(xing)，改善藥(yao)(yao)物(wu)理化性(xing)狀與生(sheng)物(wu)活性(xing)，構建(jian)了(le)靶向傳輸(shu)和智能(neng)釋(shi)放等功能(neng)的(de)新型載藥(yao)(yao)系統，創立(li)了(le)農(nong)業納米(mi)藥(yao)(yao)物(wu)制備(bei)的(de)方法(fa)，相(xiang)關研(yan)究處于國際(ji)領先的(de)水平。
現代與傳統的切(qie)合點(dian)
納米技(ji)(ji)術、信息(xi)技(ji)(ji)術和生(sheng)物技(ji)(ji)術被稱為現代科學(xue)技(ji)(ji)術前(qian)沿的(de)三大(da)主導學(xue)科，它(ta)們(men)與(yu)傳統產業技(ji)(ji)術的(de)交叉與(yu)融合，推動了精密制(zhi)造、新材料、新能源等(deng)高端產業的(de)技(ji)(ji)術革命。
崔海信向記(ji)者介紹(shao)，納米(mi)科(ke)(ke)技是(shi)研究100納米(mi)尺度空(kong)間內的物(wu)質特性及其(qi)相互(hu)作用(yong)規律的一(yi)門(men)科(ke)(ke)學(xue)，也是(shi)創造微小物(wu)質和機器的一(yi)門(men)科(ke)(ke)學(xue)。其(qi)基礎是(shi)物(wu)理(li)學(xue)、化學(xue)和材料科(ke)(ke)學(xue)，它本身是(shi)多學(xue)科(ke)(ke)交叉(cha)的技術科(ke)(ke)學(xue)，它跟(gen)傳(chuan)統(tong)的科(ke)(ke)技領(ling)域進一(yi)步交叉(cha)融(rong)合，形成了二次分支(zhi)、三次分支(zhi)。
“跟(gen)農業有關的(de)納米(mi)(mi)科技(ji)分(fen)支有納米(mi)(mi)顯(xian)微技(ji)術、納米(mi)(mi)自組裝技(ji)術、納米(mi)(mi)影像(xiang)學(xue)技(ji)術、納米(mi)(mi)分(fen)析技(ji)術。”崔海(hai)信表(biao)示，目前農業生產鏈條的(de)每(mei)個(ge)環節都有納米(mi)(mi)技(ji)術的(de)參(can)與。
崔(cui)海信歸納了(le)納米科技在(zai)農(nong)業(ye)上(shang)的應用領(ling)域，主要有傳感器、農(nong)業(ye)投(tou)入品(pin)、食品(pin)加工(gong)以及生物工(gong)業(ye)等。上(shang)述領(ling)域也是美國農(nong)業(ye)部(bu)支持的一些納米科技項目。
以食(shi)(shi)品(pin)為例，可以利用(yong)納米技術來改善功能食(shi)(shi)品(pin)、健康食(shi)(shi)品(pin)和(he)強化(hua)食(shi)(shi)品(pin)的(de)營(ying)養價值、風味(wei)、質(zhi)地和(he)口(kou)感。另(ling)外，把納米食(shi)(shi)材粒度化(hua)，像淀粉、纖維(wei)素(su)、香料、調味(wei)品(pin)、維(wei)生素(su);把一些不是很穩定的(de)蛋白和(he)生物活(huo)性物質(zhi)用(yong)納米微膠囊裝載起來，促進體(ti)內的(de)營(ying)養吸收(shou)和(he)生物利用(yong)率，改善生物活(huo)性。
日常生活(huo)中，很(hen)多(duo)(duo)農產品(pin)或食(shi)品(pin)都(dou)會用到(dao)保(bao)鮮(xian)膜。據(ju)介紹，可以利用納(na)米技術把保(bao)鮮(xian)膜設(she)計成選(xuan)擇(ze)性(xing)的(de)透氣、保(bao)水、保(bao)溫、抗菌等(deng)多(duo)(duo)功能，“看起(qi)來很(hen)普通(tong)，但(dan)對食(shi)品(pin)質量(liang)的(de)影響非常明顯(xian)。”崔海信說(shuo)。
另外，還可(ke)以利用(yong)納(na)米(mi)技(ji)術(shu)做標(biao)識和防(fang)偽(wei)系統。走進(jin)超(chao)市，都會發(fa)現(xian)現(xian)在每(mei)個商品都有(you)一個條(tiao)形碼，用(yong)納(na)米(mi)量(liang)子點(dian)或者分子標(biao)簽就很小，甚至很難(nan)偽(wei)造。目前，納(na)米(mi)科技(ji)在該(gai)領域(yu)發(fa)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(du)與分散性。
崔海信(xin)介紹，納(na)米(mi)農藥(yao)利用納(na)米(mi)藥(yao)物載體控制藥(yao)物最低有效(xiao)釋放濃度，降低食(shi)品與環(huan)境(jing)殘留污染。納(na)米(mi)獸藥(yao)實(shi)現靶向傳輸，延長(chang)它的(de)持(chi)效(xiao)期，降低毒(du)副作用。
而在飼(si)料的(de)應用上，可(ke)以把飼(si)料的(de)素材(cai)納米化(hua)，然(ran)后納米結構化(hua)和(he)納米尺(chi)度化(hua)，增加吸收利用。對于精品飼(si)料里面的(de)微(wei)量元素、維生素、抗菌(jun)劑(ji)等難(nan)溶性、不穩定的(de)添(tian)加成(cheng)分，通過納米技術進行加工，可(ke)改善其分散性和(he)生物(wu)利用率。“但目前限于成(cheng)本(ben)，僅(jin)僅(jin)是(shi)理論(lun)研究(jiu)”。崔海信說。
改善農業投入品效能
自美國(guo)2000年(nian)啟動了(le)納(na)米(mi)科技(ji)(ji)專項(xiang)(xiang)(xiang)以后，其他歐美國(guo)家相繼都在開展納(na)米(mi)農業的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)。“十(shi)一(yi)五”以來，國(guo)家“863”計(ji)劃(hua)、“支撐計(ji)劃(hua)”“重(zhong)大(da)科技(ji)(ji)專項(xiang)(xiang)(xiang)”和(he)“重(zhong)大(da)科學研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)計(ji)劃(hua)”等科技(ji)(ji)項(xiang)(xiang)(xiang)目也相繼支持(chi)了(le)農業納(na)米(mi)技(ji)(ji)術相關領(ling)域的(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)工作。2006年(nian)，崔海信主持(chi)了(le)“863”計(ji)劃(hua)項(xiang)(xiang)(xiang)目“新(xin)型(xing)高(gao)效生物(wu)藥(yao)物(wu)載(zai)體與(yu)新(xin)制(zhi)劑創制(zhi)”課題，2014年(nian)，主持(chi)了(le)國(guo)家重(zhong)大(da)科學研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)計(ji)劃(hua)部署(shu)在納(na)米(mi)農業領(ling)域的(de)第一(yi)個(ge)“973”計(ji)劃(hua)項(xiang)(xiang)(xiang)目“利(li)用納(na)米(mi)材料與(yu)技(ji)(ji)術提(ti)高(gao)農藥(yao)有效性與(yu)安(an)全性的(de)基礎研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)”。
這些年來，崔海信團隊在農藥、化肥等投(tou)入(ru)品方面進(jin)行(xing)了系統探(tan)索。關于(yu)納(na)米農藥的研發，崔海信認為，可(ke)以(yi)利用納(na)米技術控制(zhi)農藥釋放速度(du)和改善其分散性。比如(ru)，一部分生物農藥在(zai)環境中(zhong)不穩(wen)定，需要(yao)用納(na)米載體來(lai)包(bao)裹(guo)，讓它在(zai)田間效果更長一些(xie)。
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(deng)納米農藥新劑(ji)型(xing)，正致力于產業化開發和(he)推廣應用研究。
據介(jie)紹，他們團隊充分利(li)用納米(mi)技術，將農藥粒子從傳統的5微米(mi)降(jiang)低至100納米(mi)，小尺寸效應可減少葉面農藥脫落，提高了農藥的利(li)用率。
目前，該團隊(dui)通過納(na)米化和載(zai)體(ti)的應用(yong)及工藝(yi)的開發，重點(dian)發展了四種(zhong)(zhong)農藥劑(ji)(ji)(ji)(ji)型，分(fen)別(bie)是納(na)米微乳劑(ji)(ji)(ji)(ji)、納(na)米混(hun)懸劑(ji)(ji)(ji)(ji)、微膠囊制(zhi)劑(ji)(ji)(ji)(ji)和固體(ti)制(zhi)劑(ji)(ji)(ji)(ji)。以(yi)(yi)納(na)米微乳劑(ji)(ji)(ji)(ji)為例，崔海信介紹，乳油制(zhi)劑(ji)(ji)(ji)(ji)有機(ji)溶劑(ji)(ji)(ji)(ji)含量達90%，以(yi)(yi)水取代有機(ji)溶劑(ji)(ji)(ji)(ji)，用(yong)這種(zhong)(zhong)技術可以(yi)(yi)緩解(jie)“三苯”的污染。
據測(ce)算，在病蟲害防治效果相(xiang)同的前提下，與傳(chuan)統(tong)農藥(yao)相(xiang)比，全面推(tui)廣使(shi)用納米技術，可降(jiang)低農藥(yao)投放量(liang)30%以(yi)上，每年減(jian)少“三苯”類溶劑50萬(wan)噸，大幅度降(jiang)低農藥(yao)殘留污染(ran)，改善生態環境。
助力農業可持續(xu)發展
據測(ce)算，每(mei)年有數億噸生產資(zi)料(liao)向農業生產系統投放。“如果(guo)用納米技術能(neng)夠增效，我(wo)想這是資(zi)源(yuan)高效利(li)用的(de)一個重(zhong)要方(fang)面，緩解資(zi)源(yuan)壓力。”崔(cui)海(hai)信說。
如何用納米技術來控制面源(yuan)污染、保證食(shi)品安全(quan)，是(shi)崔海(hai)信團隊一直考慮的問題。目前消費者對農藥(yao)、獸藥(yao)、肉蛋奶殘留非常關心，“雖(sui)然國家制定了很多(duo)法規(gui)標準(zhun)，沒有好的藥(yao)劑，是(shi)很難(nan)做到的。”崔海(hai)信告訴(su)記(ji)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(fang)控技術的一(yi)個清單(dan)，納米農業投入品(pin)也被列(lie)到(dao)初稿里面。在崔海信看來，這些新產(chan)品(pin)可以推(tui)動化(hua)肥(fei)農藥、飼料、食品(pin)加工等產(chan)業升級，提(ti)高附加值，來推(tui)動新產(chan)業，促進三產(chan)融合，形成(cheng)新業態。
關于發展新(xin)學(xue)(xue)科(ke)(ke)，崔(cui)海信(xin)認為(wei)，納(na)米技(ji)術與(yu)不同領(ling)(ling)域交(jiao)叉(cha)，會產(chan)生很多新(xin)的領(ling)(ling)域，使(shi)傳統的農業(ye)科(ke)(ke)學(xue)(xue)能夠向更前(qian)沿、更縱深、更先進的方(fang)向發展。
“隨著(zhu)工業(ye)化與(yu)城市化進(jin)(jin)程(cheng)的(de)推進(jin)(jin)，采用(yong)納(na)米技(ji)術與(yu)新(xin)材料等前(qian)沿科(ke)技(ji)推動農(nong)(nong)業(ye)科(ke)技(ji)原始(shi)創(chuang)新(xin)，有利于實(shi)現農(nong)(nong)業(ye)可(ke)持續發展。”崔海信說。 近年(nian)來，該(gai)團隊(dui)不斷引進(jin)(jin)有關化學、材料學、藥(yao)物學背景的(de)青年(nian)才俊，這(zhe)些學者跟農(nong)(nong)學領域的(de)專家(jia)進(jin)(jin)行交(jiao)叉，然后來推進(jin)(jin)納(na)米農(nong)(nong)業(ye)多(duo)學科(ke)交(jiao)叉研究。
在談到納(na)(na)米農業(ye)研(yan)(yan)究的前景(jing)時(shi)，崔(cui)海信表(biao)示，將帶(dai)領(ling)科研(yan)(yan)團隊面向納(na)(na)米學科前沿，按(an)照農業(ye)綠色發展的要求(qiu)，進一步聚焦農業(ye)資源高(gao)效利用與可(ke)持續發展、源頭控制農業(ye)面源污染、農產(chan)品(pin)質量(liang)與食品(pin)安(an)全改善(shan)、生(sheng)物(wu)災害綠色防控等問(wen)題，為推動我國農資產(chan)業(ye)技術升(sheng)級(ji)，提高(gao)農產(chan)品(pin)加工質量(liang)與效率(lv)，促進生(sheng)物(wu)質資源多(duo)級(ji)轉化利用，培育(yu)新興戰(zhan)略產(chan)業(ye)，促進一二三(san)產(chan)融(rong)合作出新的貢獻。
