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我國每年農藥使用量高達百萬噸，但是農藥平均利用率僅為30%左右。沒有被利用的農藥通過漂移、揮發、淋溶、徑流等途徑，在環境中重新分布，致使污染范圍極大擴散，不僅造成農殘超標，引發嚴重的農業面源污染，甚至通過食物鏈經生物富集作用轉移到人體，危害人類自身健康。
據資料顯示，農藥利用率每提高1.6個百分點，就可以減少農藥使用量1.52萬噸，農民就可以減少生產投入約8億元，同時農藥投入減少也利于保護人類賴以生存的土壤和水體環境。因此，如何提高農藥利用率、降低農藥用量已經成為我國乃至世界農業和環境領域亟待解決的關鍵問題。
緩釋技術作為一種新興技術，從二十世紀七八十年代開始逐漸成為國內外研究開發的熱點。目前，已經有多種緩釋劑型成功投入到了市場，如微膠囊懸浮劑等；也有很多新型緩釋劑正處于積極的研究開發過程中，如納米緩釋農藥等。
緩釋農藥是指農藥原藥與載體之間通過物理、化學作用結合后，加入分散劑、潤濕劑等助劑加工成粒狀的農藥劑型。緩釋農藥可以減少農藥在環境中的擴散、消解和流失，同時延長農藥持效期，減少施藥次數，故能減少用藥量和保護環境。
近期，中科院技術生物所吳正巖研究員課題組研制出一種可回收酸控釋農藥載體，可顯著提高農藥利用率、減少農藥使用量、降低農藥引發的農業面源污染，對于現代生態農業建設具有重要意義。相關成果已被Chemical Engineering Journal接收發表 (DOI: 10.1016/j.cej.2017.07.046)。
課題組利用硅藻土、四氧化三鐵、殼聚糖等制備出一種復合納米材料，并以此為載體研制出可控釋放、可回收智能農藥體系。
如圖1所示，施藥到作物后，在環境pH值等因素的作用下，具有pH響應的高分子-殼聚糖溶解度發生改變，在弱酸性等條件的影響下，殼聚糖逐步溶解，原來封裝在載體內的農藥分子釋放出來，而弱堿條件殼聚糖分子不為所動，農藥分子依然停留在載體內部，因此像開關一樣可以調節農藥分子的通行。
農藥分子通過孔道緩慢釋放，形成一道保護屏障。此外，這個載體有效提高了農藥在葉面的附著力，這樣就可以顯著減少農藥的流失，從而提高了農藥的利用率，延長了持效期。
圖1.可回收酸控農藥載體合成及其應用示意圖：I) 硅藻土磁性修飾；II) 磁性硅藻土農藥裝載；III) 殼聚糖修飾農藥裝載后的磁性硅藻土（可回收pH控釋農藥）；（IV）可回收pH控釋農藥除草效果；（V）可回收pH控釋農藥殺蟲效果；（VI）可回收pH控釋農藥的磁性回收性能；（VII）可回收pH控釋農藥釋放機理；
在可利用的農藥都釋放完以后，載體和殘留農藥還在水體和土壤里，怎么辦呢？科研人員想到了一個好東西——磁鐵。上文說到，農藥是用四氧化三鐵、硅藻土、殼聚糖等制備出的一種復合納米材料作為載體的，也就是說，載體中含有四氧化三鐵，具有磁性。所以，就可以用不同強度的磁鐵把這些殘留物從水體和土壤中吸出來回收了。
研究人員發現，磁回收效率（通過外加磁場可回收的載體占初始使用量的比例）隨著磁鐵強度增強而升高。磁鐵強度約為0.4特斯拉（磁場強度單位）時，水體中的回收率可以達到68%，土壤中的回收率達到51%（實驗室測定）。也就是說，通過外加磁場可以實現對載體的回收，其中農藥殘留也一并去除，盡可能的降低了農藥對環境的危害。
該方法“多管齊下”，大幅降低了農藥殘留，不僅減輕了農藥殘留對土壤、水體的面源污染，而且可將載體回收循環利用，有助于降低該技術的成本，促進綠色農業的發展。該工作得到國家自然科學基金、中科院青促會項目、中科院STS項目、中科院重點部署項目等資助。
來源：中國科學院合肥物質科學研究院
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