微米和纳米科技材料

瞿卫国:纳米技术在农业生产中的具体运用

瞿卫国:纳米技术在农业上生产上的具体运用

瞿卫国:纳米技术在农业生产中的具体运用

1,纳米娟花

所谓纳米绢花,就是在绢花的基础上进行纳米材料处理,使绢花除了单一的欣赏功能外,赋予更多新的功能与用途。它具有消除环境臭味与烟味,还可对新装修的房间进行空气净化,并且还能源源不断向空气中释放有利人体健康的负离子,更奇的是它不会脏,不管你放多久它都能保持崭新如初.在你的居室内或客厅 及人群多的环境进行布置摆放,能为你创造一个清新的空气环境。

2,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。

用硬脂酸对Ag/TiO 表面进行了改性,其表面由亲水性变为亲油性.将溴虫腈农药、改性Ag/TiO2和相应的添加剂混合制成颗粒分布较均匀、平均粒径约为100 nm的纳米农药制剂.溴虫腈纳米制剂光降解实验表明,在黑暗中稳定,在有光线的室内放置15 d的分解率为15.8%,在太阳光直射下放置3 d的分解率为69.0% .紫外光照22.5 h时,纳米制剂分解率是常规制剂的9.2倍.溴虫腈纳米制剂室内、田间毒力试验表明,纳米制剂比常规制剂具有更强的毒力,其LC50为8.95 mg·L-,是乳油毒力的1.77倍.在田间药效对比试验中,施药剂量减少一半条件下,纳米制剂防治甘蓝斜纹夜蛾的田间防效优于溴虫腈乳油,药后1 d和3 d的校正防效分别高出4.89和3.05个百分点.土壤、植物的残留试验表明,纳米制剂在甘蓝、土壤中的消解较快,其t 1/2分别为3.91 d和1.27 d,而溴虫腈SC的tl/2分别为8.64 d和3.27 d。

瞿卫国:纳米技术在农业生产中的具体运用

3,纳米技术改良盐碱地

盐碱地改良技术主要是将以纳米技术制造的盐碱地改良剂“纳米碳液”兑水后,均匀地喷洒在盐碱地上,通过纳米离子的有机活动,吸附土壤中的盐、碱离子,形成疏松、透气、PH值为中性的隔离层,从而达到盐碱地有效改良的目的。

4,果蔬的保鲜

运用纳米二氧化钛制和纳米银分散到树脂中制成成保鲜袋和保鲜膜,在紫外线的照射下以及在无光的情况下也能发挥其良好的杀菌效果,以及有效的分解果蔬产生的乙烯和环境中有害有机物,不使用任何药剂就能起到良好的保鲜效果。

5,营养液的消毒杀菌

水生诱变及水培技术是当前农业领域较为先进的栽培技术,在蔬菜瓜果园艺花卉上有着广泛的用途与运用空间,能使植物的生长速度及农作物的产量质量大幅度提高,是未来设施农业中的一种主要栽培模式。但同时也存在着许多不足与弊端,就是营养液的交叉感染及绿藻的滋生。针对这些问题,国内及国际上都积极地采用与研发了各种杀菌灭藻措施,如紫外线电场复合杀菌,热处理杀菌,活性碳过滤杀菌,以及化学杀菌,但这些方法都不能起到根本性的作用。有些作用虽好,但成本极高不利于生产推广运用,如热杀菌;有些杀菌效果不是十分好,一些种类的病毒还是不能得到解决;另外虽然杀菌效果都不错,但对于水培过程中根系分泌的代谢物造成的营养液障碍还是不能解决,也就是有机物的污染。针对这些问题,生产上急需解决一种综合效果好又节能的杀菌灭藻法,否则将会大大影响水生诱变技术及水培产业的发展。其中最明显的危害就是出现烂根与病害的蔓延。随着科技的发展,特别是纳米技术的发展,有许多纳米材料具有极好的杀菌灭藻及分解有机物的作用,如半导体纳米极材料就是一种很好的杀菌材料。纳米营养液杀菌系统,这种系统主要由紫外线和半导体材料组成,这种系统能有效地杀除细菌、真菌、病毒等微生物,并且更主要的是它还能有效分解根系代谢物如乙酸、乙醇、乙醛、乙烯等,使营养液得到了生物与非生物的最有效净化。只要营养液在循环时,流经这个系统装置,就可起到很好的杀菌灭藻的作用,另外也可用于废液的净化,减少农业污染,有了这种技术水培或诱变过程中的病害及烂根问题就可以得到有效的解决。

瞿卫国:纳米技术在农业生产中的具体运用

如何提高植物的光合作用,是加快植物生长和提高产量的有效办法,目前最主要的是以补充二氧化碳提高碳源来促进光合作用,像二氧化碳发生器、碳酸水等的应用,而运用光触媒和暗触媒,喷施于植物叶面主要是提高光的利用率,使光合作用更活跃,即使是日照量不足的雨季(因为吸收的是紫外线)也有很好的促进效果,它不同于现有的利用化肥和植物生长调节剂的技术,是根据植物基于太阳能的光合作用合成的物质中得到养分并生长这一自然规律, 由可利用太阳能促进光合作用、并对人体以及植物具有确保安全性、和具有包括灭菌以及分解有毒生物在内的功能。

(1)促进植物快速生长。植物叶面喷施之后其光合作用速率大大的增加,叶片变厚变绿,光合作用量的增加,带来植物体内营养物质运动更加的顺畅,着根旺盛,吸收矿质营养的能力大大的加强,生长状态明显好转。

瞿卫国:纳米技术在农业生产中的具体运用

(2)节约化肥、农药 。植物吸收水肥离不开硝酸还原酶,硝酸还原酶的活性大小将直接影响到植物吸收的能力,而用纳米技术处理的植物,能使硝酸还原酶的活性提高132%,这无疑提高植物对水肥的吸收能力,提高了植物对肥料的利用率,实现节省化肥的目的。

(3)提高抗病、抗涝、抗旱、抗寒、抗衰等。纳米技术处理能活化体内细胞,促进新陈代谢,提高机体的免疫力,增强植物的生长势,同时自身也有一定的消毒杀菌能力,这样就大大降低发病率。

(4) 增加产量。运用纳米技术处理植物,可提高水、肥、农药等物质的能量,增强体内酶的活性,促进新陈代谢,一般可增产20%.

(5) 改善果实品质。其增强了光合作用,促进干物质的积累,改善了果实的品质,糖度以及各种营养物质的含量大大的提高。

瞿卫国:纳米技术在农业生产中的具体运用

7,在植物非试管快繁中的应用

运用光触媒喷施快繁的母本园,促进光合作用,优化母本的性状,在快繁苗床繁材叶面喷施光触媒促进光合作用,提供大量的碳水化合物,促进繁材生根,同时又有一定的消毒杀菌的功能。

用于离体材料的切口处理,运用钠米远红外粉进行切口处理能提高其生根率,在新根数量上也有所增加,植物切口经远红外处理后,可对细胞产生共振作用,引起细胞内外水分子的振动,使细胞活化,发生一系列有益于健康的细胞生物化学及细胞组织化学改变,同时促进呼吸作用成为代谢中心,使营养物质往切口方向运输促进生根,也大大促进了切口对生长素类物质的吸收起到促进生根作为生长素的辅助药剂,其能加强切口的呼吸作用,加快切口对生长素物质的吸收,从而大大的促进生根。

下面是纳米远红外在金钱榕上快繁生根试验结果:

处理

生根率(%)

新根数量(根)

新根长度(cm)

远红外钠米粉500PPM

63.64a

4.56a

2.25a

远红外钠米粉1000PPM

71.88ab

5.15a

2.16a

快繁宝100PPM

90.91b

9.53b

2.94b

快繁宝100PPM+远红外钠米粉500PPM

100c

9.58b

2.82b

快繁宝100PPM+远红外钠米粉1000PPM

100c

10.25b

2.83b

清水处理(CK)

62.5a

3.25a

2.45a

注:小写字母表示在5%水平上的差异检验

8,在植物种子上的应用

运用纳米技术处理种子是应用纳米“FLM”材料的能量转换性能,增强种子活力,提高植物种子体内酶的活性。从而促进植物生长,在原有品种农艺性状的基础上进一步提高植物的抗虫、抗病以及各种抗逆性能力。

(1)提高出苗率 用纳米技术处理过的种子能将吸收的自然界的光波转化为电磁波.从而使体内大分子团分裂成小分子团,在空间不变,分子数增加的情况下,分子团的运动速度加剧,相互碰撞的几率加大,活性也随之增加,能量也就增强,种子破土的能力也就大大的提高。

(2)幼苗长势快,根系发达,用纳米技术处理种子可调节植物体内的新陈代谢,提高抗逆性,促进根系生长,根系活力可提高82.09%。

9,纳米技术在遗传育种中的应用

纳米技术结合转基因技术在培育新品种方面取得了突破性的进展。通过纳米技术先将DNA,染色体全部分解为单个基因,然后根据需要进行组装,转基因整合成功率几乎可达100%。研究成果表明,科研人员可以让单个D N A分子链展现出其内部的精细结构,并可以操纵它实现分子结构性能改进,进而形成纳米结构或图形,使人类得以在更小的世界范围内、更深的层次上探索生命的奥秘。

二、

1,农用纳米技术研究的现状

纳米技术是20世纪80年代末、90年代初诞生,并正在崛起的新兴技术。进入21世纪以来,世界各国加快了纳米技术在农业领域中的研究和应用。

中国农业科学院农业资源与农业区划研究所的张夫道研究员主持了国家863计划课题“纳米肥料关键技术”项目。超级稻一举突破亩产900公斤大关,原因在于良种、良田和良法综合应用,关键是配合使用了“超级稻专用肥”。据了解,专用肥运用了纳米技术,肥料的利用率高。我国纳米肥料的研究和开发,时长上与世界纳米肥料的研究同步,近几年出现了蓬勃发展的趋势。

2,纳米土墒材料的开发研究及作用机理

纳米土墒材料,以蒙脱土等土质材料为基础。蒙脱土的结构片层间的阳离子(Na+、K+和Ca2+)吸附能力较弱,容易与外界阳离子发生交换。通过纳米插层等技术的处理,使其层间距扩大,从而形成许多孔洞,进一步提高它的吸水、固肥、水肥缓释、改善土壤团粒结构等性能。同时,其纳米尺度的空间,也为合成一些纳米级的微量元素,提供了模板。这种材料来源广泛,绿色无污染。利用这些高效、低成本、环境友好的缓释材料,还降低了化肥的使用量,减少化肥流失带来的环境污染、大幅度提高肥料的利用率,使之在粮食增产的前提下,改善农作物品质,最大限度保护农耕地生态结构,达到节能减排,发展绿色农业的目的。

3,纳米技术在农作物生产中的应用试验调查

2008年以来,我国多个省区使用纳米土墒材料进行了包括粮食、油料、经济、生物质能源原料、水果、蔬菜六大类近三十种作物、六十余个品种,地跨东西南北,涉及几万亩面积的种植试验示范。实践证明,使用纳米土墒材料,均能在不用或少用化肥的情况下亩增产10%以上。

4,云南农科院水稻的种植试验

云南省农科院于2009~2011年,使用纳米土墒材料种植水稻,进行了严格的小区对比试验、施肥梯度试验和考种分析。

云南省农科院的水稻实验报告表明:施用纳米土墒材料使云南高海拔地区水稻生育期提前,能有效解决该产区的水稻生产实际问题。在与使用水稻专用肥的对比试验中,在经济投入基本相同的条件下,增产幅度约20%。

5,河南南阳种植花生的试验示范

2010年,当地农业局和花生合作社使用纳米土墒材料进行了100余亩的种植试验。考察报告表明:在每亩投资相等的情况下,施用纳米土墒材料的田块,苗期叶片肥大,茎部粗壮,根瘤菌多,抗病性能强;经测产,春播花生亩增产248斤,增幅高于30%,亩增效益600元;夏播花生亩增产200斤,增幅高于35%,亩增效益500元。

6,纳米土墒材料在蓖麻种植中的示范调查

蓖麻是世界十大油料作物之一,是重要的生物质能源作物。

2008年6月,内蒙古科左中期林业局使用纳米土墒材料种植蓖麻。内蒙古科左中旗林业局出具的报告显示,使用纳米材料,蓖麻增产40%以上。

7,纳米土墒材料在退化农耕地生态修复方面的示范调查

在农作物生产中应用纳米技术的试验示范中,探索纳米土墒材料特性与传统改土方法结合,通过多方式、多层次的技术集成对土壤进行改良。

对当地使用纳米土墒材料前后土壤状况进行取样和测试分析表明:土壤物理环境、化学环境和养分环境上均有显著的改善;试验示范区的土壤明显疏松湿润,田间持水量增加,土墒条件变好,土地保水、蓄肥能力提高,材料在土壤改良方面的应用优势明显。

三、应用预测

目前,正光纳米土墒材料在农作物生产中,进行了多年的、地域广泛的、多层次机构和人员参加的试验示范。结果表明,纳米土墒材料具有广泛的增产效果,同时,施用化肥量减少一半以上,对于减少污染,改良土壤,节能减排和改善作物品质等方面,具有明显效果。而且“纳米土墒材料”的使用方法与农户现行使用的农家肥和复合肥基本相同,农户不需特别培训,即可掌握使用技术,推广方便。

纳米土墒材料种植花生,连续几年在各地均大幅度增产,若推广使用,可望缓解我国食用油供应的被动局面。

我国生物质能源植物种植目前并不乐观。与人争粮、与粮争地问题,种植作物的投入产出问题,都严重制约我国生物质能源的发展。推广使用纳米土墒材料种植蓖麻和小桐子,有望成为我国生物质能源种植上的重大突破。

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