纳米材料与技术在农业上的应用

2020-01-08李启贵

湖北农机化 2020年15期

李启贵

(湖北第二师范学院，湖北武汉 430205)

1 纳米材料及技术在农业投入品中的应用

1.1 农药

为了防治生物灾害并保证农产品的生产，农药的使用是农业生产中的必备物质。但是不同的农药中含有大量的有机溶剂，并且存在着粉尘漂移和分散性差等弱点，这些问题会导致农药中的有害物质作用到周围的环境之中，形成污染。在农药之中应用纳米材料和技术能够使农药的理化性质优化，容易分散且能够稳定地悬浮在水中，使农药发挥出应有的作用，减少残留和对于环境的破坏。水基化和溶剂无害化是目前针对农药而展开研究的一个主要目的，传统农药在微乳剂中加入了很大比例的醇类和酮类等极性溶剂，这种溶剂的毒性是非常强的，容易对于农业生产周围的水质和土壤的健康构成威胁[2]。利用这种方式，不仅会出现上述的危害，同时也不利于控制成本，所以目前在农业上尽量减少有机溶剂和助剂的使用量，针对纳米农药的研究也在向环境降解性好和成本低的有机溶剂和助剂的方向发展。

1.2 肥料

为了保证国家粮食安全，提高农产品的整体水准，肥料是十分重要的。但是从目前的肥料应用情况上看，但没有达到理想的效果，而且整体的利用率与理想标准差距很大，这种情况不仅对于资源是一种浪费，而且对周围的生态也造成了破坏，更加不利于农民控制成本。纳米材料包膜胶肥料利用胶结包膜材料的纳米性质，将肥料中的养分也增加了纳米材料的特性，利用这种方式能够有效地结合土壤与作物之间的作用规律，以防快速溶解的情况。纳米肥料的材料在世界范围内的应用情况是十分广泛的，产生的作用不言而喻，是目前没有针对这种材料的增产原理和安全性进行系统地研究[3]。除此之外，运用纳米肥料也带来了高昂的成本，需要针对成本和天然与复合材料展开研究。

1.3 植物生长调节

对种子进行纳米材料的处理可以有效地加强种子和种子内部各种酶的活性，能够使种子更加稳固地生根，并且更好地进行新陈代谢。用纳米材料处理，种子可以有效地提高生长出来植物的抗病虫害能力，提升作物的整体质量和品质。利用这种方式可以结合光化学效应促进活性氧类超氧化物的生产，也是纳米材料对于植物生长进行调节的主要原理。种子在融入了纳米材料的作用之后，具有更强的抗逆性，在充分利用周围环境中的水分和养分的同时，也能够提升自身的生长能力，进而提高了种子的发芽率。

2 农产品加工

对于农产品加工方面，利用纳米技术可以在食品加工环节和包装环节中均产生有效的作用。植物中的蛋白质和碳水化合物等有机的成分如果能够利用纳米技术进行纳米化，那么无论从质地和稳定性还是食物的口感上来讲都能够起到有利的作用。除此之外，现在能够使食品中的添加剂和营养补充剂等成分充分地发挥作用，也可以通过纳米化技术的融入使食物中的有益成分充分地发挥作用，减少食品添加剂对于人体健康造成的危害[4]。在生产食品包装袋的过程中，可以采用容易降解的生物纳米复合材料，利用这种材料生产出来的包装袋具有更强的可塑性，且十分稳定，能够有效地将食品与环境中的细菌阻隔。同时，在这种材料后续降解和处理的过程中，也能够减少白色污染，但伴随着在食品行业中纳米技术应用得越来越广泛，需要通过安全评估等方式来对纳米粒子与人类健康和环境之间的关系进行研究。

3 农业环境改良

由于化学物品的不适当使用和畜禽排泄物等污染物对于农业生产周围的水质和土壤等过程的影响，使环境污染成为了阻碍农业生产可持续发展的一个重要原因。在水产、农作物培养和畜禽养殖的过程中可以利用纳米材料和技术来降低对于生态和周边环境的污染，真正地推进农业生产的可持续发展。目前针对纳米材料的应用与农业生产环境的优化而展开的研究仍然处于初步阶段，需要进行大规模的研究和试验[5]。未来可以将研究的侧重点放在天然存在的纳米修复材料和纳米材料与提高环境质量方式与效率上。

4 纳米检测技术

融入纳米技术可以快速地对食品进行检测，能够有效发现食品中具有的农药残留和食品添加剂的应用情况，同时也能够对于植物病原体、水污染情况和动物疫情进行检测。在这一过程中利用成百上千的纳米粒子阵列共同组成纳米传感器进行食品的检测，利用荧光显示的方法可以有效地显示出食物中的有害物质和病原体。传统的检测方式在检验实物病原体的过程中需要消耗几天的时间，但是利用纳米传感器可以在几个小时甚至几分钟之内就能得到检测的结果[6]。所以在检验植物病原体的过程中，可以直接地利用纳米材料来提高工作的效率，防止病害大范围地爆发。

纳米传感器在检验农药残留和水体污染的过程中，呈现出较高的灵敏性，同时也具有检测限低和超选择性等特点。虽然利用这种方式的时间比较短，一些技术性的问题还有待研究。但是，纳米传感器呈现出来的优良特性和前景是人们有目共睹的。