纳米技术在农业中的运用

纳米技术在农业中的运用,徐迟青,2003年9月，美国在发布的农业发展路线图中首次提出：重视纳米技术在农业和食品工业中的应用。根据美国农业部门的预测，纳米技术将使整个农业生产方式和食品工业发展发生变革，改变食品生产、加工、包装、运输和消费的方式。许多国家已经认识到纳米技术在农业食品部门的应用前景，在这方面投入了大量研发力量。伊朗政府也重点投资于纳米技术在农业和食品上的应用研究，由农业部门出面资助35个实验室组成研究团队开展此方面的研究，并已取得一定研究成果。,精确农业精确农业是利用重要的作物参数和知识在适当的尺度上优化生产系统管理，根据特定地块的作物潜在生产能力控制不同的投入水平（如肥料、杀虫剂、除草剂等）。精确农业的核心是对变化因素进行精确管理，变化因素包括：空间因素、时间因素和预测因素。利用纳米技术生产的微型传感器和监测系统对未来的精确农业产生重大影响。纳米装置的一个重要作用是增加与全球定位系统有关的自主传感器的应用，用于实时监测。这些纳米传感器可以遍布田间，用于检测土壤养分和农作物生长情况。美国和澳大利亚的一些农场已经在使用这种传感器，它们可以及早检测到环境的变化，可以为决策者提供准确信息，帮助农民作出明智的决定，提高农业的生产效率。,智能施药系统20世纪后半叶以来，农业病虫害的控制经历了从利用杀虫剂到传统方法与生物方法相结合的病虫害综合管理系统。将来具有新型的纳米装置可以运用到农业的智能化中，这类装置可以针对不同的病虫害采取准确的补救措施，它们可以将所发现的问题及时提醒农民，帮助农民定量、定向地给农作物治病。运用纳米技术生产的新型农药更易于溶于水，也可以自然分解为无害成分。科学家们正在研究能够针对环境变化施肥和施药的新技术，促进农作物对水、农药和化肥的高效吸收，以降低污染，使农业对环境更加友好。纳米技术还有助于提高农作物的产量和营养价值。,食品包装与加工由专业咨询公司进行的调查研究预测，纳米食品的市场将从2004年的26亿美元发展到2010年的204亿美元。该调查报告认为，到2010年，亚洲将成为纳米食品的最大市场。由此可见，纳米技术在食品产业有巨大的发展潜力，纳米食品加工、纳米包装材料、纳米检测技术等方面的研究尤为活跃，成为纳米技术在食品工业应用的研究热点。运用纳米技术研发的包装系统可以修复小的裂口和破损，可以适应环境的变化，并且能在食品变质的时候提醒消费者。此外纳米技术可以改进包装的渗透性、提高阻隔性、改进抗损和耐热，形成抗菌表面，阻止食物发生变质。除包装外，纳米技术对功能食品和互动食品的研发也有很大促进作用，这些食品能够按照人体需求更有效地提供营养。这类食品可以暂存人体内，需要时再把营养输送给细胞，这个领域的关键是开发纳米胶囊，把它们存入食品中，用于输送营养。,纳米生物农药纳米生物农药是利用植物源农药使其粒子纳米化，使原始中药类复杂成分所表现的粒子组、部分固相沉积、部分挥发油漂浮、相当一部分不溶于水的复杂非均相体系，变为了高分散、极易溶于水的稳定均相体状态，其物理、化学、和生物学也随之发生突变。运用钠米技术促使植物细胞壁破壁，使有效的脂溶性和水溶性的杀虫物质有效释放并直接作用于害虫，极大的提高了药效。并且纳米物质的表面效应(粒度越小，比表面就越大)，充分降低用药量，从而在使用经济性上得到突破。像烟碱进行钠米技术加工后制备成的对人畜完全无毒副作用的钠米生物农药其杀虫效果达到普通农药的3倍，而生产成本相当于普通农药的一半。,纳米肥料纳米肥料是纳米生物技术的一个分支，是用纳米材料技术构建、用医药微胶囊技术和化工微乳化技术改性而形成的全新肥料，包括纳米结构肥料与纳米材料包膜或胶结缓控释肥料。,缓/控释肥料包膜和胶结材料需创新为了提高肥料利用率，保护生态环境，肥料工作者加速研究包膜肥料或称为缓控释肥料，大大提高了肥料养分利用率。由于包膜材料价格过高，包膜肥料的价格也随之提高，与等养分的原肥料相比，每吨提高500元以上，因此，大田作物很难使用，基本上用于草坪和园林。在缓/控释肥料技术研究上，我国材料研究滞后，基本上按发达国家的模式。“九五”以来，因为知识产权的原因，开始研究新的肥料包膜和胶结材料，大多处于中试阶段，未在生产中推广应用。使用纳米材料包膜由于用料省，本身就是从源头上对缓控释肥料的创新。,发展无公害设施蔬菜急需替代肥料我国现有140万公顷设施蔬菜，土壤污染严重。要解决大棚土壤污染问题，基质栽培必将代替土壤栽培，营养液是必不可少的生产技术。无论是温室用全价营养液，还是目前社会上时髦的“冲肥”，当水溶液的pH值超过7时，离子态的磷和中、微量元素将产生沉淀，堵塞管道。一般将pH值控制在6065，在实践中应用很困难，特别是北方石灰性土壤地区，水的pH值甚至达到80，软化水的处理费用太高。纳米结构肥料由于小尺寸效应，有可能解决养分的沉淀问题。,有机肥料产业化需要纳米级造粒粘结剂我国城乡有机废弃物每年产出量40亿吨，其中规模化畜禽场粪便每年大约3亿吨，成为农村主要面源污染源，资源化产业化处理利用是解决有机废弃物污染的根本出路，而有机肥料产业化的关键是造粒问题。“九五”期间，曾