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在害蟲的視界里鋪天蓋地

       相同的農(nóng)藥有效成分,納米化后防治效果就能大幅提高；不同類型農(nóng)藥難以混配使用,納米化后難題就迎刃而解。這其中的道理是什么呢？

       不妨先讓我們把視線轉(zhuǎn)到荷塘--

       不少人對《愛蓮說》里的名句“予獨愛蓮之出淤泥而不染,濯清漣而不妖”耳熟能詳,但你知道為什么蓮葉具備這么“清新脫俗”的自潔效應嗎？現(xiàn)代科學研究發(fā)現(xiàn),這種自潔效應與蓮葉表面的結(jié)構(gòu)有關。

       在超高分辨率顯微鏡下可以看到,蓮葉表面上有許多微小的乳突。乳突的平均大小約為10微米,平均間距約12微米,每個乳突由許多直徑為200納米左右的突起組成。就好像葉面上布滿隆起的小疙瘩,上面又長滿更小的疙瘩,這種結(jié)構(gòu)使凹陷部分充滿著空氣,這樣就在緊貼葉面上形成一層極薄、只有納米級厚的空氣層。在尺寸上遠大于這種結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等降落在葉面上后,隔著一層極薄的空氣,只能同葉面上的若干點接觸。雨點在自身的表面張力作用下形成球狀,水球在滾動中吸附灰塵,并滾出葉面--這就是自潔效應的奧妙所在。

       蓮葉的這種自潔效應跟納米農(nóng)藥有一個相同的關鍵詞：納米。納米是長度的度量單位,是毫米的百萬分之一。1納米比單個細菌的長度還要小得多,而水分子直徑大約0.4納米。物質(zhì)在納米級別的微觀世界可以發(fā)生很多奇妙的變化,正是因為出現(xiàn)了讓農(nóng)藥有效成分微粒縮減到原來的百分之一、千分之一的納米技術,才使得治理農(nóng)藥濫用頑疾的愿景成為可能。

納米農(nóng)藥類型示意圖

       暨南大學博士生導師、南京知行納米科學研究院納米農(nóng)藥首席科學家張子勇教授接受記者采訪時解釋說,“影響農(nóng)藥制劑發(fā)揮藥效高低的一個重要因素,就是有效成分在噴施以后,最終形成的微粒尺寸的大小。農(nóng)藥微粒尺寸越小,表面積越大,在作物葉面上分散越均勻,接觸生物靶標越充分,藥效發(fā)揮就越高?！彪S著農(nóng)藥微粒的尺寸減小,微粒數(shù)量和表面積會急劇增加,例如,農(nóng)藥微粒由一微米減小到一納米,相同質(zhì)量農(nóng)藥的微粒數(shù)量就會增加10億倍,表面積增加1,000倍。

       想象一下,在害蟲的視界里,巨大而稀疏的農(nóng)藥顆粒遠遠比不上鋪天蓋地的細小農(nóng)藥粉塵那么可怕：同樣的空間、同樣的投藥量,覆蓋范圍突然多出了千倍的差別,那是一個多么“令蟲窒息”的存在??！

       張子勇教授表示,發(fā)展納米農(nóng)藥是時代的需要,它可助力實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“安全、經(jīng)濟、環(huán)境友好”,實現(xiàn)農(nóng)藥用量“零增長”和綠色防控,某種程度上,也是飛防藥劑發(fā)展的未來方向?！稗r(nóng)藥減量增效可以有不同的途徑,比如使用高效低毒來代替高毒低效的農(nóng)藥。但是當農(nóng)藥的品種不變時,如何增效？最有效的途徑應該是盡可能減小農(nóng)藥有效成分的微粒尺寸,從通常的微米量級減小至盡可能小的尺寸--納米量級?！眰鹘y(tǒng)農(nóng)藥的載藥粒子粗大,有分散性差、穩(wěn)定性差、生物活性低、降解緩慢等缺點,靶標作物利用率不到30%,有害生物受藥量不足0.1%。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計,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。

       中國農(nóng)科院植保所研究員、農(nóng)藥劑型專家黃啟良說,納米乳劑、納米懸浮劑及納米分散劑,均可適用于植保無人飛機等低容量噴霧。另外,通過納米技術和控釋技術制備的緩釋顆粒劑,可結(jié)合農(nóng)藝模式,進行藥種同播、藥肥同施、精量撒施等根部隱蔽控釋給藥。也可在生長期根據(jù)病蟲防治需要精量定點撒施,從而共同構(gòu)建以作物健康為中心的解決方案,或以有害生物全程協(xié)同防控為目標的技術體系。

業(yè)內(nèi)人士普遍認可

飛手比喻“好槍配上了好子彈”

       “植保站提供了納米農(nóng)藥,讓我做一個500畝的水稻試驗示范。用了才知道,既節(jié)約了配藥時間,防治效果又好。用了納米農(nóng)藥,好比給一把好槍配了好子彈。”云南西雙版納的植保無人機飛手莊林海說,“以前用傳統(tǒng)農(nóng)藥,常遇到噴頭堵塞、噴灑不均勻的問題,有時候配好藥裝好后剛飛出去,就被塞住,不得不返回來清理。本來一架飛機一天可以作業(yè)300畝,因為不時要清理噴頭,就只能作業(yè)150畝了,不僅拖慢了作業(yè)速度,還影響了病蟲害的及時防治。”

       在黑龍江五常喬府大院農(nóng)業(yè)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園育種基地,技術員老劉高興地說：“納米農(nóng)藥解決了稻花香水稻抗病抗倒伏問題,提高了出米率。水稻收獲季節(jié),感受特別明顯,稻穗上下一樣,哪兒都沒有癟粒；再看稻稈,都是活稈,綠的、有彈性,不容易倒。種稻花香有幾件愁人的事,一是容易倒伏,二是好得稻曲病,容易起污霉,還容易得紋枯病。這不,都解決了！”

       “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,這些特性使納米科技給農(nóng)業(yè)藥物領域帶來革命性的變化。”中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)納米研究中心主任、農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所研究員崔海信說,利用納米載體的小尺寸效應、界面效應、隧道效應、靶向傳輸與控釋功能,可將藥物定時、定量或動態(tài)地傳遞到作用靶標,最大限度地提高利用度。

       農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所副研究員秦維彩披露的納米農(nóng)藥在水稻的室內(nèi)測試具體數(shù)據(jù),專業(yè)而又直觀：1升傳統(tǒng)農(nóng)藥肟菌酯.戊唑醇水分散粒劑藥液加入5毫升助劑,在水稻葉面上的附著展開時間是1.8秒,而不加助劑的肟菌酯.戊唑醇納米農(nóng)藥則會非常迅速地平鋪附著,說明納米農(nóng)藥藥液的表面張力很低,更容易在作物葉面上均勻分散；對小麥白粉病防治噴藥后7天調(diào)查顯示,納米農(nóng)藥80%、100%用量防效均好于常規(guī)農(nóng)藥防效。

       經(jīng)過測試,對油菜菌核病的防治效果,植保無人機施藥防治菌核病效果總體要高于人工背負式彌霧機防治效果,不同藥劑及劑型條件下,植保無人機每秒時5米的效果要優(yōu)于每秒時4米的效果；霧滴大小對防治效果有較大影響,小霧滴總體要優(yōu)于大霧滴；植保無人機噴施納米農(nóng)藥航空植保專用藥劑能更好地噴施小霧滴,有利于藥液對靶沉積,藥效更好。

       納米農(nóng)藥的優(yōu)勢在多地試驗中得到反復驗證--云南省農(nóng)業(yè)科學院研究員趙雪晴說,2018年在勐海試驗示范納米農(nóng)藥防控水稻病蟲害,對稻飛虱和水稻螟蟲的防效為98%,對水稻穗頸稻瘟的防效為80%至90%,每畝水稻全季減少3次用藥,畝用藥成本減少45元。

       江西省植保植檢局王希說,納米農(nóng)藥水性制劑在水稻分蘗盛期和破口抽穗初期施藥2次,能較好地防治水稻主要病蟲害。瑞昌市稻飛虱、稻縱卷葉螟、二化螟、紋枯病的防效均高于對照藥劑和農(nóng)民自防區(qū),且和農(nóng)民自防區(qū)的差異顯性明顯。說明納米農(nóng)藥可以有效減少農(nóng)藥使用量,試驗藥劑對水稻生長安全,對天敵及有益生物未見明顯不良影響。

       江蘇省土地流轉(zhuǎn)程度達到60%,擁有飛防無人機近萬架,納米農(nóng)藥的應用場景相對較多。田子華說,制劑水性化、納米化,不使用或少使用有機溶劑,將納米農(nóng)藥和無人機結(jié)合起來,是當前很好的植保方式,實際使用中能減少農(nóng)藥使用量30%以上。在稻麥病蟲害防治關鍵期,將藥劑進行二元、三元甚至更多元復配進行飛防,傳統(tǒng)農(nóng)藥會出現(xiàn)很多問題,但納米農(nóng)藥多元混配技術就可以解決。近幾年,納米農(nóng)藥在揚州、泰州、淮安等地都進行了試驗示范,防治效果都不錯。

       記者了解到,近年來我國農(nóng)業(yè)納米創(chuàng)新研究團隊開發(fā)了一批綠色納米農(nóng)藥新劑型,并結(jié)合國家重點科研專項化肥農(nóng)藥“兩減”項目實施,開展了一系列試驗示范,實驗效果證明,納米農(nóng)藥可增強藥效功能、提高防效、減少農(nóng)藥用量、延長持效期,具有良好的推廣應用前景。

       全國農(nóng)技推廣服務中心首席專家王鳳樂建議,加強科研單位、生產(chǎn)企業(yè)、推廣部門等對接協(xié)作,開展納米農(nóng)藥應用技術集成優(yōu)化,探索我國主要農(nóng)作物納米農(nóng)藥使用技術集成解決方案。

納米農(nóng)藥不是PM2.5

規(guī)范管理可確保農(nóng)產(chǎn)品及環(huán)境安全

       據(jù)張子勇教授介紹,2007年以前,可稱為納米農(nóng)藥的起步探索階段,到2015年是實驗室創(chuàng)新研究階段。在一個時間段中,國際刊物發(fā)表納米農(nóng)藥學術論文的統(tǒng)計表明,美國、印度各占24%,我國則占到28%,處于國際領先水平。2015年至今屬于第3個發(fā)展階段,這一時期我國納米農(nóng)藥發(fā)展出現(xiàn)質(zhì)的飛躍,納米農(nóng)藥的產(chǎn)業(yè)化進程加快。由于納米農(nóng)藥技術應用到無人機航空植保領域,完美解決了現(xiàn)有農(nóng)藥劑型的短板--超低容量噴霧稀釋藥液的不穩(wěn)定性、多靶標防治所需多元農(nóng)藥復配過程與稀釋藥液的不穩(wěn)定性等關鍵難題。

       然而,納米農(nóng)藥畢竟是個新生事物,社會各界了解不多、疑問不少。有人會問,納米農(nóng)藥會不會像PM2.5那樣長時間懸浮在空氣中,危害人們的健康呢？納米農(nóng)藥微粒尺寸那么小,無人機噴施時的霧滴又那么細,不是更容易產(chǎn)生飄移嗎？使用效果會好嗎？

       對此,張子勇教授解釋說,PM2.5是指環(huán)境空氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物,它的分散介質(zhì)是空氣,屬于氣溶膠。納米農(nóng)藥乳液的分散介質(zhì)是水,屬于膠體溶液。納米農(nóng)藥微粒尺寸雖然比PM2.5小,但它是分散在至少也在80微米的液滴中,這一尺寸要比PM2.5大30倍以上,因此更容易下落,難以懸浮在空氣中。

       “其實,納米農(nóng)藥微粒的尺寸再小,也在1納米以上,總是還大于溶于水中的農(nóng)藥分子的尺寸。假設納米農(nóng)藥的尺寸是2納米,則霧滴尺寸是它的4萬倍。這就像2毫米的米粒包含在一個80米直徑的大液體球中,里面分散了無數(shù)米粒。球的表面排滿了吸附的表面活性劑分子,里面的納米農(nóng)藥粒子即使想逃出都難?！?/P>

       2018年生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學研究所曾對納米農(nóng)藥水性制劑全程植保水稻進行了全程跟蹤和檢測。對無人機噴灑納米農(nóng)藥過程的測試結(jié)果顯示,以無人機飛行的中線為準,噴灑的藥液有90%降落在10米以內(nèi),使用效果也是可以保證的。

       那么,納米農(nóng)藥的安全性有保證嗎？

       “農(nóng)藥制劑本身就具有生物學和環(huán)境毒性,我們就是利用這一特性對防治對象進行殺滅和控制,只不過希望在對防治對象殺滅的同時,對其他生物和環(huán)境的毒性要小或在合理范圍?！睆堊佑陆淌诟嬖V記者,納米農(nóng)藥和傳統(tǒng)農(nóng)藥制劑一樣,都要使用助劑、溶劑,包括水,有的還要使用載體物質(zhì)。這樣,納米農(nóng)藥制劑是否對環(huán)境友好和安全,就取決于使用的助劑、溶劑以及載體物質(zhì)的毒性?！爸灰龅匠r(nóng)藥原藥之外使用的所有物質(zhì)都是低毒、無毒、環(huán)境友好、可生物降解的,甚至農(nóng)藥原藥本身對環(huán)境風險也低,那么就可以實現(xiàn)綠色納米農(nóng)藥的發(fā)展?！?/P>

       中國工程院院士宋寶安、中國科學院院士鄧子新、歐洲科學院院士蘭玉彬等專家都表示,為推動我國納米農(nóng)藥的健康發(fā)展,需要加大政策引導與扶持力度,規(guī)范納米農(nóng)藥管理,強化納米農(nóng)藥的質(zhì)量控制、風險評估和安全使用。

       張子勇教授表示,事實上,納米技術在保持農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的同時使得農(nóng)藥明顯減量本身,就降低了對生態(tài)環(huán)境的安全隱患。對納米農(nóng)藥使用的跟蹤資料顯示,連續(xù)5年全程納米農(nóng)藥植保水稻生產(chǎn)的大米,對所有使用的農(nóng)藥品種進行檢測,均為農(nóng)殘“未檢出”。這表明納米農(nóng)藥在減量的同時,完全可以生產(chǎn)出安全農(nóng)產(chǎn)品。