用纳米农药科技守护食品安全防线
2021-09-17

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文/满乐 编辑/江一苇 

如何提高农药利用率、降低农药用量,是中国农业和环境领域亟待解决的关键问题。

2020年,市场监管部门完成食品安全监督抽检6387366批次,检出不合格样品147721批次,农兽药残留超标占不合格样品总量的35.31%,成为危害食品安全的第一大要素。

为保证农作物病虫害防治效果,国内农业种植者往往倾向于多喷洒农药。由于缺乏专业指导,国内乱用农药、大剂量使用农药的情况屡见不鲜,导致食用农产品农药残留超标。

有科研团队已成功研制出“纳米农药”并实现产业化,为解决农残超标另辟了一条蹊径。

纳米农药能将农药原药微粒尺寸缩小至“纳米级”,大幅增加农药微粒数量,覆盖同等防治靶标面积所需的农药用量大量减少,有效降低农产品中的农药残留。

纳米农药技术结合植保无人机作业方案,正在开辟一条以技术为保障、服务为支撑的系统解决农药残留的新路子。

技术探秘

纳米农药出现以来,学界对于“纳米农药”没有统一的定义。

按照暨南大学材料科学与工程系教授张子勇的定义,纳米农药是指利用纳米技术将水不溶性的农药活性成分在助剂、溶剂(或无)等物质作用下,制备成微粒尺寸一般小于100纳米的农药制剂,并在储存和施用中仍然保持这一尺寸。

张子勇告诉记者,传统农药制剂的农药微粒尺寸大部分在微米级(1微米等于1000纳米),一般在几微米至十几甚至几十微米。若将农药微粒尺寸从1微米缩小至1纳米,且保持微粒的形状不变,对于相同的农药质量,微粒数量就会增加10亿倍,总的表面积增加1000倍。

“农药微粒数量增多,使得微粒表面积总和增大,扩大了与农作物接触的面积,药效就会明显提高,这就是为什么要发展纳米农药的科学依据。”张子勇称。

主管部门和学界一直高度重视“纳米农药”的开发。2018年7月,农业农村部在《农业绿色发展技术导则(2018—2030年)》中,明确将“绿色环保型纳米农药”纳入“环保高效肥料、农业药物与生物制剂”的重点研发范畴。

2019年4月,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)将“纳米农药”列为“未来改变世界的十大化学创新”首位。IUPAC认为,与传统农药制剂相比,纳米农药及其递送系统具有微粒尺寸小、对靶标有更高的传输效率、更好的吸收性,可显著减少农药用量,有助于解决传统农药制剂带来的环境污染、农残在生物体的累积及病虫害抗性大幅增加等问题。

绿色赛道

真正制备纳米级的农药微粒并保证绿色安全,并不简单。

目前市面上绝大多数农药原药为难溶于水的有机化合物,通常须添加载体、溶剂、助剂等进行剂型加工,才能兑水稀释后喷洒使用。农药制剂中不止有效成分具有毒性,剂型加工所用的甲苯、二甲苯、甲醇等高毒溶剂及壬基酚聚氧乙烯醚等有害助剂,危害更大。

性能理想的纳米农药,必须在储存施用的全过程中,不使用高毒溶剂和有害助剂,并将农药原药能保持100纳米以内。只有尽可能以水为分散介质,使用的助剂皆为天然物质或其衍生物,才能将农药的原药、溶剂、助剂全面绿色化。

“有些厂商宣称完成了纳米农药的制备。其实,就是一些溶于水或强极性溶剂的溶液。水溶性农药本身就溶于水,而一些油溶性农药也能溶于强极性溶剂的水中,这些并无技术含量;部分厂商则沿用甲苯、二甲苯等高毒溶剂,对农药进行水分散加工,没有从根本上解决制剂的环境毒害和最后的使用性能。最重要的评价标准是,制剂在兑水稀释和喷洒后的微粒尺寸大小,这才是决定是否属于纳米农药的判定标准。”张子勇直言。

相比之下,南京善思科技探索出一条可产业化的绿色纳米农药制备路径。

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善思科技总裁梁冰介绍,善思科技纳米农药是以水为分散介质,以天然物质或其衍生物为助剂,不使用高毒的苯类溶剂和有害的壬基酚聚氧乙烯醚类助剂,可在技术加持下实现许多农药品种的表观水溶。而5.7%甲维盐、10%呋虫胺等品种,则可不使用任何有机溶剂,实现表观水溶,透明稳定。

据介绍,目前国内已登记的农药原药品种约在700种左右,但农业一线实际可接触的农药原药品种仅有200余种。善思科技的纳米农药制备技术,可实现500种以上农药原药的纳米化和相互混配,基本覆盖了现有农作物重要病虫害的植保需求。

同时,善思科技可实现多种农药的多元混配,杜绝多种农药混配后的浑浊、析出、分层、沉淀等现象,一次喷药解决多种病虫害问题,满足各类农作物全程植保需求。

由于传统农药剂型中的农药微粒尺寸大和分散性差,在田间喷施过程中,因药滴滚落、粉尘飘移、雨水冲刷等,农户为保产往往会加量用药。农业农村部公布,截至2020年底我国水稻、小麦、玉米三大粮食作物农药利用率为40.6%。

借助纳米级农药,善思科技将制剂与稀释药液中的农药微粒尺寸普遍减小到10纳米左右,最小至2纳米,农药微粒数量的剧增,加之植保无人机喷雾液滴尺寸小(80~200微米),覆盖同样防治靶标面积所需的农药用量减少,且有效成分能更好发挥作用,实现农药喷洒的减量增效,农药利用率显著提高。

“全程使用善思纳米农药植保的水稻,连续5年实现大米农残检测结果均为农残‘未检出’。”梁冰告诉记者,善思纳米农药已在全国多地推广,对比传统农药的科学使用农药减量20%以上,且产量均有一定程度的提高。

植保变革

纳米农药的出现,正当其时,其与无人机一起,可能带来农产品植物保护作业的全局性变革。

中国农业科学院植物保护研究所研究员黄啟良告诉记者,近年来,适用于植保无人机的低容量喷雾技术快速发展,为满足多种靶标病虫的同时防治需求,农药制剂需要适合无人机多种农药同时混合喷施的作业要求,传统的农药产品,却一直存在桶混配伍性及药液稳定性问题。

各种农药的理化性质和剂型不同,如果几种制剂桶混,药液会出现农药的浑浊、析出、分层、沉淀,易磨损和堵塞无人机喷头,造成漏喷事故。

另外,传统农药制剂现场桶混,需要有专人配药和使用各类工具,耗时费力,制约无人机作业效率,配药操作过程也易对人造成毒害。

张子勇教授告诉记者,多种农药实现纳米化后,其混配制剂和稀释药液透明稳定,表观水溶,解决了传统农药制剂的浑浊、析出和沉淀问题,可兑水即用。针对多靶标防治所需,可以提前定制化混配制剂,现场直接兑水稀释,不需专人配药,一次性满足多靶标防治,省却田间的“桶混”配药过程。

善思科技制备的纳米农药,可以根据不同作物防治需求,将所需杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂,结合防漂移剂、抗蒸发剂等助剂,科学配制成一定规格,使用植保无人机喷施时每亩稀释用水量仅0.8~1.5L左右。

创新技术带来的流程改变,其作用至少有两方面。

首先,将配药的控制权由零散农户或者个体化的无人机作业团队,转移到善思科技这样的专业机构,从源头上控制农药的使用,做到精准施药,降低农药残留。

其次,省去了现场“桶混”过程和时间,大大提升了无人机“飞手”的作业效率。以善思科技产品为例,每人每架无人机大约可提升 80~100 亩/天的作业量,作业效率至少提高20%。

“纳米农药实现了农作物种植的‘三减’和‘三增’。‘三减’是减药量、减农残、减成本,‘三增’是增产量、增药效、增收益。”梁冰总结说。

 当纳米农药实现大规模推广应用,善思科技有望成为绿色农业赛道中一股不可忽视的力量,为全球植保事业提供具有中国特色的解决方案。

图片来源:CFP


(作者:21世纪商业评论 )