文/满乐 编辑/江一苇
如何提高农药[农药，是指农业上用于防治病虫害及调节植物生长的化学药剂。]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[指农业上栽培的各种植物。]病虫害[病虫害病害和虫害的并称，常对农、林、牧业等造成不良影响。]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[微粒，微粒是指极细小的颗粒，包括肉眼看不到的分子、**、离子等以及它们的组合。]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[植保，汉语词语，即植物保护。]无人机[无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。]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[张子勇，教授，博士生导师（生物医学工程，生物材料方向），出站博士后。]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[助剂（auxiliaries；additives） 在医学中定义是生产药品和调配处方时所用的赋形剂和附加剂，即除了主要药物活性成分以外一切物料的总称，是药物制剂的重要组成成分。]、溶剂[溶剂是一种可以溶化固体，液体或气体溶质的液体（气体、或固体）（溶剂、溶质都可以为固体、液体、气体），继而成为溶液。]（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[制剂 zhìjì ，药物制剂，简称为制剂（Preparations）为适应治疗或预防的需要，按照一定的剂型要求所制成的，可以最终提供给用药对象使用的药品。]，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[聚氧乙烯醚，又称聚**乙烯或聚环氧乙烷。]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[善思（shàn sī）是指善于思考，慎重考虑。]科技探索出一条可产业化的绿色纳米农药制备路径。
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
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