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按照目前世界人口增長的現(xiàn)狀,預(yù)計全球人口在2050年時會達(dá)到90億。為滿足不斷增長的人口而帶來的糧食需求,農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量至少需要提高60%。然而,現(xiàn)有的耕地卻是有限的,未來甚至?xí)驗槌鞘薪ㄔO(shè)、土壤退化等因素而進一步減少。在這種情況下,使用現(xiàn)代科技來實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的增產(chǎn)是十分有必要的。納米技術(shù)的出現(xiàn),為解決這一難題提供了一個策略。

納米技術(shù)擁有巨大的潛力,通過利用納米粒子獨特的性質(zhì),可以促進農(nóng)作物和家禽產(chǎn)量的增加,同時能夠?qū)⒂赊r(nóng)業(yè)生產(chǎn)而帶來的環(huán)境損害最大限度降低。相比納米技術(shù)在工業(yè)界和醫(yī)學(xué)界的應(yīng)用,其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用較新穎,主要的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個方面：

(1) 納米農(nóng)藥

為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量,農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。但是農(nóng)藥大范圍使用的同時造成的農(nóng)藥殘留會通過生物富集作用,對人類和環(huán)境均造成負(fù)面影響。納米農(nóng)藥的出現(xiàn),有望解決這一傳統(tǒng)農(nóng)藥使用存在的問題。
納米農(nóng)藥是通過功能材料與納米技術(shù)的結(jié)合,使農(nóng)藥有效成分在制劑和使用分散體系中,以納米尺度分散狀態(tài)穩(wěn)定存在。納米農(nóng)藥的使用,既可以控制農(nóng)藥的運輸,又可以在最低用量下實現(xiàn)最大的使用效果。
由于一些農(nóng)藥缺乏水溶性,在傳統(tǒng)的技術(shù)背景之下想要使用,就必須以有機溶劑為溶解基質(zhì),但是有機溶劑對環(huán)境以及田間工作者都不利。但是利用納米技術(shù),可以使藥物以納米尺度的微粒、微晶形態(tài)均勻分散在固態(tài)水溶性載體中,從而形成固體納米劑型。該劑型在杜絕有機溶劑和大幅度減少表面活性劑用量的同時,提高了難溶性農(nóng)藥在水中的分散性,同時由于其較小的尺寸,與傳統(tǒng)的懸浮液相比,也可以增加農(nóng)藥在葉面的粘附性和滲透性,有助于植物吸收,進而提高其生物利用度,節(jié)約農(nóng)藥使用量,降低殘留污染。

(2)納米肥料

納米肥料具有超越常規(guī)肥料的潛力。相比于傳統(tǒng)肥料,納米肥料可以將營養(yǎng)物質(zhì)逐步且有控制地釋放到土壤中,從而防止了土壤的富營養(yǎng)化和水資源污染。納米肥料的使用可以提高農(nóng)作物對營養(yǎng)元素的吸收和利用效率,減少了肥料的施用頻率,從而避免了因過度使用肥料而對環(huán)境造成的負(fù)面影響。

在納米肥料中,營養(yǎng)物質(zhì)可以被包裹在納米材料,或以納米級顆粒或者是乳液的形式輸送到農(nóng)作物體內(nèi)。有研究表明,通過葉面噴施納米肥料可以促進光合作用的增加,從而提高作物產(chǎn)量。SiO2和TiO2納米顆粒的化合物增加了大豆中硝酸鹽還原酶的活性,增強了植物的吸收能力,使水和肥料的使用效率更高。目前已開發(fā)出多種可用于改善傳統(tǒng)肥料性質(zhì)的納米材料,主要是金屬基納米材料和碳基納米材料,可以影響肥料的吸收、轉(zhuǎn)運、積累,同時對農(nóng)作物的生長和發(fā)育也會產(chǎn)生積極影響。

(3)納米生物傳感器

納米生物傳感器可以監(jiān)測化肥、除草劑、殺蟲劑的含量,有助于實現(xiàn)更精確的水肥管理,從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。納米傳感器和基于納米技術(shù)的智能輸送系統(tǒng)有助于高效利用農(nóng)業(yè)自然資源,例如水、營養(yǎng)素和化學(xué)藥品。實現(xiàn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。分散在野外的納米傳感器還可以檢測植物病毒和其他農(nóng)作物病原體的存在,也可以監(jiān)測土壤水分以及PH的動態(tài)變化,實現(xiàn)對農(nóng)作物的實時監(jiān)測。

(4)納米技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用

納米技術(shù)在畜牧業(yè)中的應(yīng)用可以提高農(nóng)畜的飼喂效率和營養(yǎng),最大程度地減少由動物疾病造成的經(jīng)濟損失。納米飼料可以激發(fā)動物自身的自我修復(fù)力量,相當(dāng)于增強了對疾病的抵抗力。納米飼料還可以作為抗氧化劑來維持健康的細(xì)胞活性,可以減少抗生素的需求,改善骨骼生長,提高磷酸鹽利用率和降低死亡率。仔豬飼料中的氧化鋅納米顆?？煞乐褂鬃懈篂a,改善由此引起的體重減輕的情況。銀納米顆粒具有抗菌性能,作為日糧添加劑可以有效改善斷奶仔豬的腸道微生物菌群。美國農(nóng)業(yè)部和克萊姆森大學(xué)已開發(fā)出一種雞飼料,其中添加了生物活性聚苯乙烯納米顆粒,可以與飼料中的有害細(xì)菌結(jié)合,減少食源性病原體。
 

家禽的繁殖性能是影響畜牧業(yè)發(fā)展的重要因素。納米技術(shù)有助于提高人工授精的成功率,從而提高家禽繁殖的效率。納米技術(shù)可以有效地對父本的生育能力進行檢測,并且可以進行精液純化。現(xiàn)在已有基于納米顆粒的可育性測試技術(shù)和可用于商業(yè)化的公牛精液的納米純化技術(shù)的人工授精的案例。
 

隨著科學(xué)家們的不斷探索,納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的潛在用途被不斷的發(fā)掘。也許在不久的將來,納米技術(shù)也會與其他新興的技術(shù)或?qū)W科相結(jié)合,共同助力于解決農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中遇到的難題和瓶頸。