农业纳米技术应用培训PPT

纳米农药肥料开发与应用O杀虫剂、杀螨剂、杀鼠剂、杀线虫剂、杀软体动物剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等有机肥：各种饼肥、家禽粪、家畜肥、鸟粪、人粪尿等。无机肥：硫酸铵、尿素、硝酸铵、过磷酸钙、氯化钾等。农药和肥料对抵御生物灾害、保障作物产量、促进农业生产持续稳定增长起重要作用现代农业生产在很大程度上依赖肥料为作物生长提供充足的养分，农药控制各种病虫害，清除杂草，以保证作物健康生产，从而保障和提高农作物的质量和产量。美国农业部的资料表明：停止使用农药将导致作物产量降低30%,农产品价格将提高50%-70%。建国以来我国粮食单产翻了两翻，其中化肥的贡献约占一半。例如，我国玉米单产增长的贡献中品种占36%,化肥占52%,其他为管理因素。植物营养素植物营养素《中国统计年鉴》数据《中国统计年鉴》数据2019年我国化肥施用量为5400万吨，粮食总产量为66384万吨；1978年我国化肥施用量为884万吨，粮长期大量使用农化产品带来的劣势：土壤结构发生改变，土壤中有机物含量显著减少，农田养分流失、土壤肥力下降。我国农业生产中，农药、肥料的实际利用率均不到40%,其余大部分都流失在农田环境，不仅造成了巨大浪费，也造成了土壤板结、土壤酸化、土传病害高发、重金属活化、环境污染。时间线时间线1.1农药及肥料应用现状2019年参加斯里兰卡总统竞选时的口号将斯里兰卡变为全球第一个拥有100%有机农业的国家>2021年4月22日全面禁止进口和使用合成肥料、杀虫剂和除草剂化肥禁令后的短短六个月内：大米产量下降了20价格飙升了50;%胡萝卜和西红柿的价格上涨了5倍>2021年11月撤销了化肥禁令，国内粮食安全线完全崩溃2022年7月15日，拉贾帕克萨辞去斯里兰卡总统职务>减小农药化肥有效成分的微粒尺寸，从通常的微>缓控释、靶向释放>不同品种复配，发挥协同作用农药化肥主要问题(环境污染、农药在生物体内累积、病虫害抗药性的大幅增加、肥料流失)的有效工具。(5微米左右),每根刚毛上又绒毛脚掌-脚趾-皮瓣-刚毛荷叶扩大500倍，表面分布乳凸，尺寸接近10微米，间距20微米左右；乳凸扩大到10000倍，乳凸上头分布着棒状蜡质晶体，长度接近1微米，直径在100纳米纳米尺度：处于1nm至100nm之间的尺寸范围。随着微粒尺寸减小，其数量和表面积会急剧增加。例如，微粒由1微米减小到1纳米，相同质量农药的微粒数量就会增加十亿倍，表面积增加一千倍。特殊效应特殊效应纳米材料:以纳米颗粒(原子团簇)为单元或与其纳米产品:由纳米材料组成或具有纳米结构的块体原子(2)有效成分借助于纳米制备技术(包括纳米载体负载)所形成的纳米体系。,(Naresyee1〔2023〕15号):纳米农药预混技术国际发展：★★美国农业部(USDA):启动了农业和食品系统研究计划的纳米科学与工程★美国环境保护署(U.S.EPA)和欧盟委员会先后颁布了纳米农药的管理和使用规则◆美国EPA于2007年发布《纳米技术白皮书》,明确纳米农药◆2011年，美国环保署(EPA)登记了美国第一个纳米农药纳米银防腐剂，用于抑制纺织品上细菌的产生◆国际理论和应用化学联合会(IUPAC)设立了纳米农药环境风险评估和健康风险评估2个项目组，IUPAC认为纳米农药是全球下一代农药制剂矣键技术多根据不同纳米农药的特性，在确定基本准则的基础上，采取“一事一议”的原则。1.3农药及肥料纳米化的优势“卖农药”变为“卖服务”托管服务：“耕种防收”人飞机高效作业适宜剂型和配套农药产品”料聚合物类纳米材料无机非金属纳米材料料纳米农药的性能优势√提高农药的溶解度√提高农药的溶解度√√环境响应型释放纳米肥料的种类纳米结构肥料：肥料养分和复合组分均达纳米级，由于纳米材料的小尺寸效应使肥料带磁效应，从而使养分更易被植物吸收。纳米材料胶结包膜缓/控释肥料：肥料的养分组分不是纳米材料，但其胶结包膜材料是纳米级。纳米碳增效肥料：其养分组分是非纳米结构；但它通过纳米技术和氢键缔合机制，纳米碳与碳铵结晶形成共晶，提升肥料利用率。纳米磁性肥料：以粉煤灰等为纳米磁性载体与常规肥料加工而成·纳米生物复合肥料：在肥料中加入生物有益菌种和营养组分、中微量元素等制成。纳米肥料的性能优势纳米颗粒对植物生长发育的影响黑芥氧化铜抑制幼苗根系生长水稻植物激素和抗氧化酶活性降低氧化铜抑制幼苗根系生长氧化铜显著降低锰、镁、锌、硼、钼和铁等养分的吸收，抑制了棉花中钠和锰的迁移1.4农药及肥料纳米化的应用与发展纳米颗粒对植物抗病虫害能力的影响合物增强噻虫嗪对桃蚜的毒性对2、3龄若虫和蛹具有较高的致病性具有致病性具有控制效果具有抑制作用可有效控制具有抑制作用纳米颗粒对植物抗非生物胁迫的影效果具有保护作用，增加光合色素，降低脯氨酸和总可溶性糖的积累增加幼苗质量，减少糖酵解中具有细胞毒性的副产品产生甘蔗增强光合作用，维持叶绿素含量纳米颗粒的环境风险>纳米颗粒影响土壤微生物群落结构。>穿透细胞壁和细胞膜进入生物系统，并长时间停留。4F农药及肥料纳米化的应用与发展1.科学问题层面，亟需明确纳米农药的定义和高效利用的机制]T儿市高效对靶沉积(界面作用，尺寸效应，拓扑匹配)>调控农药、肥料释放(环境因子，精准调控，剂量效应)>提高吸收传导(尺寸阈值，施用场景，剂量传输)主要技术参数包括外观、有效成分及相关杂质质量分数、分散性(粒度及分布)、低成本可复制可推广，农业安全生产过程监管同体”,农业领域的科学突破必须突破单要素思维，从资源利用、运作效率、系统弹农药主要剂型识别指标悬浮剂1外观：不透明固液分散体乳油2入水：呈乳白色云雾状分微乳剂(1)外观：两种互不相溶(2)入水：入水自发分散1外观：以微小的液2入水：乳白色均相悬2.1农药主要剂型识别(1)外观：不规则球状粒子,大小均一，大小在20目~100(2)入水：入水迅速崩解，持效期含量多无或少基预混剂实现了制剂和低容量稀释药液的高稳定性>预混剂使用简单方便降低了田间地头的配药难度；>预混剂的农药微粒均为纳米级提高了农药利用率；>预混剂的水基化体系有效降低了溶剂和助剂用量；>预混剂定制化模式实现农药科学选用和有效减量。60秒VS9分钟以上以天然聚合物(改性羧甲基纤维素)为载体制备纳米农药以天然聚合物(玉米醇溶蛋白+壳寡糖)为载体制备pH/氧化还原控释纳米农药品MSN-KHS60-GlyEBGMSN-KHMSN-KHS60-GlyEBGMSN-KH功能化纳米农药向根部转运预防和控制线虫效果分别达到100%和7167%以水杨酸改性介孔硅为载体制备纳米农药以提升作物抗盐胁迫能力细胞活性细胞活性1CR₂EB@MSNEB@MS活性氧积累纳米农药田间应用效果惠州博罗田间施药后的调查统计结果白穗率(%)白穗防效(%)常规用药(2g/亩)纳米农药(2g/亩)相比于常规用药(氯虫苯甲酰胺),纳米农药表现出明显的优势，即便是在减药40%的情况下，也可与常规用药防效效果相当。另外，稻壳和稻米的田间氯虫苯甲酰胺残留量均低于欧盟标准0.01mg/kg,达到了减药目的。阿维菌素纳米制剂对水稻潜叶蝇的田间防效(梅河口市)药剂有效成分用量(g/亩)防效药效结论固体纳米分散体同等防效下，纳米制剂可降低农药用量30%。水分散粒剂纳米农药田间应用效果氯虫苯甲酰胺纳米制剂对水稻二化螟的田间防效(梅河口市)有效成分用量(g/亩)氯虫苯甲酰胺纳米混悬剂纳米制剂在降低农药用量40%时，防效仍氯虫·阿维复合纳米制剂氯虫苯甲酰胺悬浮剂阿维菌素纳米制剂对水稻二化螟的田间防效(梅河口市)有效成分用量(g/亩)固体纳米分散体纳米制剂在降低农药用量20%时，防效仍高于传统剂型。可溶粉2.4纳米农药田间应用效果纳米制剂组合对水稻穗颈瘟的田间防效(东港市)有效成分用量(g/亩)纳米制剂常规制剂纳米农药应用示范与商业化推广国内目前纳米农药及其预混剂已经在全国19个省200多个县市的18种作物上，针对20多个防治对象进行了田间实验。已在全国超过200个县(市)国内开展超过1000万亩次的纳米化农药制剂及其预混剂试验示范。2.5纳米农药应用示范与商业化推广Vive开发了基于聚合物的纳米级农药递送系统：中的稳定性，同时实现化学、生物、稳定性成分的截至2022年，Vive已有七种商业化的纳米农药产品，在超过200万英亩(1200万亩)的农田上使用，覆盖28种不同的作物物种，几乎满足大部分种植者的需求。2.5纳米农药应用示范与商业化推广·RedSurcos:阿根廷最大的农化生产企业。该公司在南美推出了首个应用纳米技术的杀菌剂产品AcentoInduxor(嘧菌酯+戊唑醇)。公司的2,4-滴纳米技术制剂已应用于超过500万公顷的土地。对除草剂DédaloElite的测试显示了其巨大的比较优势和效益，比传统产品具有更高的安全性。应用了纳米技术的除草剂DédaloElite(商标)具有更大的特异接触面积和更强的穿透杂草的扩散能力，可以使2,4-滴制剂每公顷活性成分的用量最多减少50%,并能充分实现所需的控制效果，且低气味、低挥发性，挥发性较传统脂类制剂除草剂低400倍。此外，它在硬水中不会失活，全世界缺乏微量元素的土壤达到25亿公顷。在中国，据统计，2015年全国土壤缺铁占31%,缺锰占48%,铜、锌、硼、钼分别占25%、41%、84.5%和60%。与1986年数据相比，近30年来，土壤中的中微量1.2土壤问题之有机质缺失作物补“碳”与补“微”基础元素大量元素中量元素微量元素大中微肥唯缺C(仅气肥于棚),大田C长期缺位。最佳浓度0.1%,1000ppm自然差距3—4倍!田间差距5倍，短板!靠天补C-碳饥饿-作物“亚健康”3.2作物补“碳”与补“微”作物产量大小取决于短板，即最小养分(最短板)。C/NPK30年剧变极不平衡而无研究碳-植物营养的超大量元素，植物折C约55%,NPK元素<11%,平衡吗?-“一斤果蔬半斤碳”(山西奥德福)--增产必增碳!施N要配C!C作物生长的生化反应：无机物—→有机物(增产)CO₂,有机碳的比较一肥补胜天补起点2起点2单糖淀粉反应物CO₂+H₂O氨基酸_→多肽-蛋白节光合能(生长能)-抗逆，补碳增氮大平衡(C/N)作物补“碳”与补“微”碳化合物，如糖、醇、酸(含氨基酸)等，即不仅有含氮的有机碳营养(如氨基酸)。水溶有机碳水溶有机碳普通有机肥普通有机肥利用率低传统手段难以补碳?如何利用3.3纳米小分子水溶有机碳技术性基团水溶性小分子纳米有机碳(200nm膜通过率65%以上),进而与中微量元素进行游的快(水游的快(水效性高)身体柔软(分子被作物吸收)3.3纳米小分子水溶有机碳技术(富含大量羧基(富含大量羧基牢牢结合)合3.3纳米小分子水溶有机碳技术纳米有机碳肥主要功能(1)促进微生物繁殖，改良土壤。有机与微生物结合协同作用中团粒单粒构造(土)小团粒团粒构造(土壤)(2)消除作物“亚健康”,抗逆促生长。