滿樂
如何提高農藥利用率、降低農藥用量,是中國農業(yè)和環(huán)境領域亟待解決的關鍵問題。
2020年,市場監(jiān)管部門完成食品安全監(jiān)督抽檢6387366批次,檢出不合格樣品147721批次,農獸藥殘留超標占不合格樣品總量的35.31%,成為危害食品安全的第一大要素。
為保證農作物病蟲害防治效果,國內農業(yè)種植者往往傾向于多噴灑農藥。由于缺乏專業(yè)指導,國內亂用農藥、大劑量使用農藥的情況屢見不鮮,導致食用農產品農藥殘留超標。
有科研團隊已成功研制出“納米農藥”并實現產業(yè)化,為解決農殘超標另辟了一條蹊徑。
納米農藥能將農藥原藥微粒尺寸縮小至“納米級”,大幅增加農藥微粒數量,覆蓋同等防治靶標面積所需的農藥用量大量減少,有效降低農產品中的農藥殘留。
納米農藥技術結合植保無人機作業(yè)方案,正在開辟一條以技術為保障、服務為支撐的系統(tǒng)解決農藥殘留的新路子。
納米農藥出現以來,學界對于“納米農藥”沒有統(tǒng)一的定義。
按照暨南大學材料科學與工程系教授張子勇的定義,納米農藥是指利用納米技術將水不溶性的農藥活性成分在助劑、溶劑(或無)等物質作用下,制備成微粒尺寸一般小于100納米的農藥制劑,并在儲存和施用中仍然保持這一尺寸。
張子勇告訴記者,傳統(tǒng)農藥制劑的農藥微粒尺寸大部分在微米級(1微米等于1000納米),一般在幾微米至十幾甚至幾十微米。若將農藥微粒尺寸從1微米縮小至1納米,且保持微粒的形狀不變,對于相同的農藥質量,微粒數量就會增加10億倍,總的表面積增加1000倍。
“農藥微粒數量增多,使得微粒表面積總和增大,擴大了與農作物接觸的面積,藥效就會明顯提高,這就是為什么要發(fā)展納米農藥的科學依據?!睆堊佑路Q。
主管部門和學界一直高度重視“納米農藥”的開發(fā)。2018年7月,農業(yè)農村部在《農業(yè)綠色發(fā)展技術導則(2018—2030年)》中,明確將“綠色環(huán)保型納米農藥”納入“環(huán)保高效肥料、農業(yè)藥物與生物制劑”的重點研發(fā)范疇。
2019年4月,國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)將“納米農藥”列為“未來改變世界的十大化學創(chuàng)新”首位。IUPAC認為,與傳統(tǒng)農藥制劑相比,納米農藥及其遞送系統(tǒng)具有微粒尺寸小、對靶標有更高的傳輸效率、更好的吸收性,可顯著減少農藥用量,有助于解決傳統(tǒng)農藥制劑帶來的環(huán)境污染、農殘在生物體的累積及病蟲害抗性大幅增加等問題。
真正制備納米級的農藥微粒并保證綠色安全,并不簡單。
目前市面上絕大多數農藥原藥為難溶于水的有機化合物,通常須添加載體、溶劑、助劑等進行劑型加工,才能兌水稀釋后噴灑使用。農藥制劑中不止有效成分具有毒性,劑型加工所用的甲苯、二甲苯、甲醇等高毒溶劑及壬基酚聚氧乙烯醚等有害助劑,危害更大。
性能理想的納米農藥,必須在儲存施用的全過程中,不使用高毒溶劑和有害助劑,并將農藥原藥能保持100納米以內。只有盡可能以水為分散介質,使用的助劑皆為天然物質或其衍生物,才能將農藥的原藥、溶劑、助劑全面綠色化。
“有些廠商宣稱完成了納米農藥的制備。其實,就是一些溶于水或強極性溶劑的溶液。水溶性農藥本身就溶于水,而一些油溶性農藥也能溶于強極性溶劑的水中,這些并無技術含量;部分廠商則沿用甲苯、二甲苯等高毒溶劑,對農藥進行水分散加工,沒有從根本上解決制劑的環(huán)境毒害和最后的使用性能。最重要的評價標準是,制劑在兌水稀釋和噴灑后的微粒尺寸大小,這才是決定是否屬于納米農藥的判定標準?!睆堊佑轮毖?。
相比之下,南京善思科技探索出一條可產業(yè)化的綠色納米農藥制備路徑。
善思科技總裁梁冰介紹,善思科技納米農藥是以水為分散介質,以天然物質或其衍生物為助劑,不使用高毒的苯類溶劑和有害的壬基酚聚氧乙烯醚類助劑,可在技術加持下實現許多農藥品種的表觀水溶。而5.7%甲維鹽、10%呋蟲胺等品種,則可不使用任何有機溶劑,實現表觀水溶,透明穩(wěn)定。
據介紹,目前國內已登記的農藥原藥品種約在700種左右,但農業(yè)一線實際可接觸的農藥原藥品種僅有200余種。善思科技的納米農藥制備技術,可實現500種以上農藥原藥的納米化和相互混配,基本覆蓋了現有農作物重要病蟲害的植保需求。
同時,善思科技可實現多種農藥的多元混配,杜絕多種農藥混配后的渾濁、析出、分層、沉淀等現象,一次噴藥解決多種病蟲害問題,滿足各類農作物全程植保需求。
由于傳統(tǒng)農藥劑型中的農藥微粒尺寸大和分散性差,在田間噴施過程中,因藥滴滾落、粉塵飄移、雨水沖刷等,農戶為保產往往會加量用藥。農業(yè)農村部公布,截至2020年底我國水稻、小麥、玉米三大糧食作物農藥利用率為40.6%。
借助納米級農藥,善思科技將制劑與稀釋藥液中的農藥微粒尺寸普遍減小到10納米左右,最小至2納米,農藥微粒數量的劇增,加之植保無人機噴霧液滴尺寸?。?0~200微米),覆蓋同樣防治靶標面積所需的農藥用量減少,且有效成分能更好發(fā)揮作用,實現農藥噴灑的減量增效,農藥利用率顯著提高。
“全程使用善思納米農藥植保的水稻,連續(xù)5年實現大米農殘檢測結果均為農殘‘未檢出。”梁冰告訴記者,善思納米農藥已在全國多地推廣,對比傳統(tǒng)農藥的科學使用農藥減量20%以上,且產量均有一定程度的提高。
納米農藥的出現,正當其時,其與無人機一起,可能帶來農產品植物保護作業(yè)的全局性變革。
中國農業(yè)科學院植物保護研究所研究員黃啟良告訴記者,近年來,適用于植保無人機的低容量噴霧技術快速發(fā)展,為滿足多種靶標病蟲的同時防治需求,農藥制劑需要適合無人機多種農藥同時混合噴施的作業(yè)要求,傳統(tǒng)的農藥產品,卻一直存在桶混配伍性及藥液穩(wěn)定性問題。
各種農藥的理化性質和劑型不同,如果幾種制劑桶混,藥液會出現農藥的渾濁、析出、分層、沉淀,易磨損和堵塞無人機噴頭,造成漏噴事故。
另外,傳統(tǒng)農藥制劑現場桶混,需要有專人配藥和使用各類工具,耗時費力,制約無人機作業(yè)效率,配藥操作過程也易對人造成毒害。
張子勇教授告訴記者,多種農藥實現納米化后,其混配制劑和稀釋藥液透明穩(wěn)定,表觀水溶,解決了傳統(tǒng)農藥制劑的渾濁、析出和沉淀問題,可兌水即用。針對多靶標防治所需,可以提前定制化混配制劑,現場直接兌水稀釋,不需專人配藥,一次性滿足多靶標防治,省卻田間的“桶混”配藥過程。
善思科技制備的納米農藥,可以根據不同作物防治需求,將所需殺蟲劑、殺菌劑、植物生長調節(jié)劑,結合防漂移劑、抗蒸發(fā)劑等助劑,科學配制成一定規(guī)格,使用植保無人機噴施時每畝稀釋用水量僅0.8~1.5L左右。
創(chuàng)新技術帶來的流程改變,其作用至少有兩方面。
首先,將配藥的控制權由零散農戶或者個體化的無人機作業(yè)團隊,轉移到善思科技這樣的專業(yè)機構,從源頭上控制農藥的使用,做到精準施藥,降低農藥殘留。
其次,省去了現場“桶混”過程和時間,大大提升了無人機“飛手”的作業(yè)效率。以善思科技產品為例,每人每架無人機大約可提升 80~100 畝/天的作業(yè)量,作業(yè)效率至少提高20%。
“納米農藥實現了農作物種植的‘三減和‘三增。‘三減是減藥量、減農殘、減成本,‘三增是增產量、增藥效、增收益?!绷罕偨Y說。
當納米農藥實現大規(guī)模推廣應用,善思科技有望成為綠色農業(yè)賽道中一股不可忽視的力量,為全球植保事業(yè)提供具有中國特色的解決方案。