□ 吳沛良
當今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局,全球科技創(chuàng)新進入空前密集活躍期,人類歷史上第六次科技革命正在到來,對新能源、新材料的需求日益強烈,而石墨烯作為21 世紀最具顛覆性的“新材料之王”,不但成為新材料、能源、電子、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域的研究熱點,而且在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也具備廣闊的應(yīng)用前景[1]。
國內(nèi)外研究表明,石墨烯采暖作為一種全新采暖方式,不僅可用于房屋供暖,也可廣泛應(yīng)用在蔬菜大棚、花卉栽培、農(nóng)林育苗、糧食烘干、土壤保溫、雛雞孵化、特種水產(chǎn)養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)上[2-4];石墨烯納米材料適當添加到土壤中,有利于種子萌發(fā)及幼苗生長,有利于提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)[5];適當添加到肥料中,能增加土壤的黏粒含量,改善土壤質(zhì)地[6-7];適當添加到農(nóng)藥中,可以制備高效殺蟲劑和殺菌劑,提高農(nóng)藥利用效率[8]。石墨烯納米材料對農(nóng)業(yè)污染物吸附和凈化也有卓越的作用,特別是對污染水體中的農(nóng)藥和重金屬吸附力強,在替代傳統(tǒng)的吸附劑方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[9]。另外,石墨烯農(nóng)業(yè)傳感器、石墨烯蠶絲紡織物等產(chǎn)品也被研發(fā)出來,在作物長勢監(jiān)測、動物疫病檢測以及大健康產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景廣闊[10-11]。
近年來,國外石墨烯農(nóng)業(yè)科技研究主要集中在石墨烯納米肥料制備及應(yīng)用和石墨烯農(nóng)業(yè)傳感器開發(fā)等方面。2015 年,澳大利亞阿德萊德大學化肥技術(shù)研究中心與世界上最大的磷酸鹽和鉀肥聯(lián)合生產(chǎn)商馬賽克公司達成了一項價值850 萬美元的五年合同,旨在研究石墨烯基材料在肥料中的應(yīng)用,現(xiàn)已證明可以通過將必需的微量營養(yǎng)素鋅和銅加載到石墨烯氧化物片上生產(chǎn)出有效的緩釋肥料。此類釋放速度更慢更可控以及效率更高的肥料對環(huán)境的影響更小,且能減少農(nóng)民對傳統(tǒng)肥料的支出,對農(nóng)業(yè)和環(huán)境均有顯著的潛在益處[12]。美國愛荷華州立大學研究員帕特里克·施納貝爾等開發(fā)了一種在聚合物塊表面形成復雜的石墨烯圖案的工藝,先把石墨烯溶液涂在聚合物塊上以填充縮進圖案,再用膠帶剝離石墨烯圖案,在膠帶上形成傳感器。這種傳感器可精確測量植物的蒸騰速率,密切監(jiān)測植物根部水的存在量,同時檢查水分是如何從根部輸送到較低的梯級葉片,一直到植物的頂層葉片,這是第一個“可穿戴”設(shè)備監(jiān)測生長情況的實際例子[12]。印度開發(fā)了一種基于氧化石墨烯的電化學免疫傳感器,可用于快速檢測花生芽壞死病毒[13]。
我國則在石墨烯電熱膜溫室大棚采暖保溫和糧食烘干、石墨烯納米肥料、農(nóng)藥、水體凈化劑制備研究等方面開展了相關(guān)研究,但總體上研究時間短、內(nèi)容少、研究單位也較少,還處于剛剛起步階段。2020 年江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳在國內(nèi)率先提出推動石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新應(yīng)用工作,專門布置了石墨烯研究課題,組建了石墨烯農(nóng)業(yè)科技推廣聯(lián)盟。2021 年江蘇省科技廳把石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新列入現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重點支持項目。南京國家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心聯(lián)合石墨烯企業(yè)、科研院校成立了中農(nóng)創(chuàng)石墨烯研究院,并牽頭組織成立了石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)合體。江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院正在開展石墨烯電熱膜設(shè)施種養(yǎng)殖精準控溫技術(shù)研究,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部機械化研究所正在開展石墨烯電熱膜糧食烘干技術(shù)研究,安徽省宿州市農(nóng)業(yè)科學院開展了石墨烯電熱膜在西瓜溫室育苗中的初步應(yīng)用探討,浙江省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所開展了石墨烯加熱板/膜作為仔豬保溫供熱體的節(jié)能特性研究,臺灣地區(qū)在海蝦養(yǎng)殖上已廣泛使用遠紅外線石墨烯電熱膜。山西大同大學開展了石墨烯納米肥料在林業(yè)應(yīng)用技術(shù)層面的基礎(chǔ)研究[14]。中國農(nóng)科院開展了氧化石墨烯負載羥甲基咪唑制備納米農(nóng)藥及其效果研究[15-16]。石墨烯還可用于畜禽養(yǎng)殖抗生素的檢測和催化降解,已將石墨烯作為吸附材料用于恩諾沙星、磺胺類等抗生素的檢測,以石墨烯作為添加劑制成的復合催化劑對諾氟沙星、環(huán)丙沙星等抗生素有很好的降解作用[17-18]。
習近平總書記高度重視石墨烯新材料的研發(fā)與應(yīng)用,明確指出在當前新一輪產(chǎn)業(yè)升級和科技革命大背景下,新材料產(chǎn)業(yè)必將成為未來高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石和先導,對全球經(jīng)濟、科技、環(huán)境等各個領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生深刻影響。
對于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,到底能產(chǎn)生什么樣的影響,這需要農(nóng)業(yè)部門提出需求。當前農(nóng)業(yè)發(fā)展最大的痛點有兩個:一是設(shè)施農(nóng)業(yè)特別是溫室大棚冬季采暖加溫,面臨環(huán)保的嚴格要求,普遍采取煤改電、煤改氣,引起采暖成本急劇上升,造成南方玻璃溫室、北方溫室大棚,不加溫凍死、加溫就虧死的局面,這需要研究開發(fā)新的采暖加溫技術(shù)。二是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的新要求,減少化肥農(nóng)藥使用量成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的硬約束指標,但目前傳統(tǒng)科技難以實現(xiàn),必須研發(fā)突破性科技,提高化肥農(nóng)藥利用率。石墨烯納米材料,有望成為農(nóng)藥化肥減量使用的“添加劑”。
2020 年江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)研究會在開展國內(nèi)外文獻資料研究和省內(nèi)外現(xiàn)場考察調(diào)研的基礎(chǔ)上,將上述觀點撰寫了一篇調(diào)研報告《以石墨烯為新能源推動“溫室大棚革命”》[19],得到了農(nóng)業(yè)農(nóng)村部領(lǐng)導和江蘇省委、省政府領(lǐng)導的重要批示和大力支持。調(diào)研報告發(fā)表后,國內(nèi)許多媒體予以轉(zhuǎn)載,得到了石墨烯產(chǎn)業(yè)界、農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)、科研院校、金融資本等社會各界的關(guān)注??傮w來說,江蘇石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工作的進展可以概括為“五個一”。
一是組建一個推廣聯(lián)盟。江蘇是農(nóng)業(yè)大省、科教資源大省,科研院所實力雄厚,農(nóng)技推廣體系健全;江蘇也是石墨烯產(chǎn)業(yè)大省,集聚了大量的人才、資金、技術(shù),優(yōu)秀石墨烯研發(fā)企業(yè)不斷涌現(xiàn),研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化進程保持全國領(lǐng)先,開展石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新推廣具有得天獨厚的優(yōu)勢。為了提高跨界融合的組織化程度,成立了江蘇省石墨烯農(nóng)業(yè)科技推廣聯(lián)盟,吸納了百余家聯(lián)盟成員,把石墨烯研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)業(yè)科研院校、推廣部門聯(lián)合起來,促進了跨行業(yè)、跨學科的產(chǎn)學研推有效對接。
二是開展一個課題研究項目。江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳組織實施了鄉(xiāng)村振興軟科學課題《加快石墨烯農(nóng)業(yè)新科技產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略與對策研究》,召開了由中國農(nóng)科院副院長萬建民院士主持的、省內(nèi)外專家參加的專家咨詢會,研究報告得到了與會代表的一致肯定。
三是舉辦一屆全國高峰論壇。江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳組織舉辦了全國“首屆石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新高峰論壇”,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中國農(nóng)業(yè)科學院、北京石墨烯研究院、江南石墨烯研究院的相關(guān)領(lǐng)導專家以及石墨烯企業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)企業(yè)、農(nóng)業(yè)推廣部門等一百多位代表參加,會議反響熱烈,成果豐富。
四是形成一批產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)課題。組織召開了石墨烯農(nóng)業(yè)科技校企協(xié)同創(chuàng)新研究對接會,形成了一批校企協(xié)同創(chuàng)新的具體課題項目,江蘇省科技廳已將《石墨烯電熱膜設(shè)施種養(yǎng)殖精準智能控溫技術(shù)研究》和《石墨烯遠紅外糧食干燥技術(shù)與裝備研發(fā)》列入2021 年度省重點研發(fā)計劃(現(xiàn)代農(nóng)業(yè))予以支持。
五是出版一本圖書。組織行業(yè)專家編寫了《中國石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與推廣》,該書由中科院院士、北京大學教授劉忠范作序,中國農(nóng)業(yè)出版社出版。
當前,石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工作進入關(guān)鍵時期,在形成了濃厚的研發(fā)氛圍、開展了初步的試驗研究、明確了具體研發(fā)方向的基礎(chǔ)上,需要集中研發(fā)資源、生產(chǎn)資源、推廣資源,打通跨界壁壘,加快石墨烯產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的融合發(fā)展。全面開啟石墨烯農(nóng)業(yè)科技的研發(fā)攻關(guān)、招商引才和試驗示范,促進政產(chǎn)學研優(yōu)勢資源整合,加快推動石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
跟蹤石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展動向和前沿技術(shù),有效整合石墨烯產(chǎn)業(yè)科研力量與農(nóng)業(yè)科研資源。石墨烯生產(chǎn)企業(yè)與農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)組建石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)合體,在應(yīng)用開發(fā)和示范推廣兩端同時發(fā)力,重點組織開展石墨烯電熱膜設(shè)施種植智能控溫系統(tǒng)、石墨烯電熱膜設(shè)施養(yǎng)殖智能控溫系統(tǒng)、石墨烯遠紅外糧食干燥技術(shù)與裝備、石墨烯高效納米肥料產(chǎn)品、石墨烯高效納米農(nóng)藥產(chǎn)品、石墨烯功能性土壤改良劑、石墨烯農(nóng)業(yè)水體凈化劑、石墨烯功能性農(nóng)用薄膜、石墨烯農(nóng)業(yè)傳感器等技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品推廣。聯(lián)合體下設(shè)九大方向研發(fā)團隊,確定一批選題和研究內(nèi)容,分配、落實具體研究任務(wù),先行先試,盡快突破一批石墨烯農(nóng)業(yè)科技關(guān)鍵技術(shù)。申報一批專利,形成一批產(chǎn)品,制定一批標準,培育一批品牌,為申報實施石墨烯農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)重大科技項目和示范推廣項目打下基礎(chǔ)。
每年舉辦一個全國論壇,有利于引進人才團隊、合作伙伴和企業(yè)總部。石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新是一個新領(lǐng)域、一個大項目、一個系統(tǒng)工程,項目、資金、人才和創(chuàng)新環(huán)境等幾個要素缺一不可,只有處理好相互關(guān)系,才能談成項目、把人留住,推動產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。這就需要政府部門、行業(yè)組織、金融機構(gòu)、石墨烯領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科學家、企業(yè)家跨界合作,培育石墨烯農(nóng)業(yè)應(yīng)用研發(fā)領(lǐng)域排頭兵企業(yè)。以新型研發(fā)機構(gòu)為引領(lǐng),圍繞石墨烯農(nóng)業(yè)科技關(guān)鍵、共性技術(shù)開展聯(lián)合攻關(guān),強化石墨烯農(nóng)業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)研究,實現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究和原創(chuàng)性重大成果突破,著力提升石墨烯農(nóng)業(yè)新科技供給能力。一方面通過招商引來好的投資者、好的合作伙伴、好的項目,一方面通過引才引來高端人才、優(yōu)秀人才,培育創(chuàng)新人才團隊,形成緊密合作共同體,強化石墨烯農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游關(guān)聯(lián)銜接,進而拉動石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
一是建立一批成果中試基地。一方面加強原始創(chuàng)新成果的中試。圍繞九大方向形成創(chuàng)新團隊,在學術(shù)端開展石墨烯產(chǎn)品基礎(chǔ)試驗,產(chǎn)生涵蓋農(nóng)業(yè)種養(yǎng)全領(lǐng)域的試驗數(shù)據(jù),突破一批核心技術(shù),研發(fā)一批石墨烯農(nóng)業(yè)應(yīng)用新產(chǎn)品;另一方面加強引進消化吸收再創(chuàng)新步伐,將國內(nèi)外成熟的新技術(shù)、新產(chǎn)品引進來,并在生產(chǎn)端的各個環(huán)節(jié)進行檢驗,促使石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)品最終成型。同時加快推進校企合作示范基地建設(shè),強化政產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化機制,在科研院所、農(nóng)職院校及有條件的企業(yè)建立一批成果中試基地。
二是建立一批培訓基地。加強石墨烯農(nóng)業(yè)科技知識的培訓普及,當前應(yīng)當作為農(nóng)業(yè)新科技培訓的重點。依托農(nóng)業(yè)高職院校及有條件的企事業(yè)單位建立培訓基地,在全國開展石墨烯農(nóng)業(yè)應(yīng)用高新技術(shù)培訓,依托農(nóng)業(yè)農(nóng)村部及江蘇省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳的相關(guān)會議及技術(shù)培訓會,進行石墨烯農(nóng)業(yè)科技宣傳推廣。同時,聯(lián)合溫室大棚、蔬菜、畜牧、水產(chǎn)、花卉等各領(lǐng)域行業(yè)協(xié)會,共同舉辦培訓活動,擴大石墨烯農(nóng)業(yè)科技成果的推廣范圍。
三是建立一批示范基地。遴選綜合實力強的石墨烯生產(chǎn)企業(yè),全程參與石墨烯農(nóng)業(yè)科技成果研發(fā),對接有條件的農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體,開展示范應(yīng)用,打通產(chǎn)品市場渠道,在農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域試驗研究、示范集成和推廣應(yīng)用最新石墨烯農(nóng)業(yè)科技成果,使優(yōu)秀石墨烯農(nóng)業(yè)科技成果落地發(fā)展。
展望未來,推動形成以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進的新發(fā)展格局是我國長期戰(zhàn)略選擇,實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標是我國經(jīng)濟發(fā)展的緊迫任務(wù)?,F(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展對節(jié)能環(huán)保、綠色發(fā)展提出了更高的要求,石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨前所未有的機遇。國內(nèi)石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)在溫室采暖、無土栽培、農(nóng)藥化肥增效、環(huán)保農(nóng)業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)等在內(nèi)的約1500 億元規(guī)模的農(nóng)業(yè)應(yīng)用市場有待開發(fā)。今后,需要加快形成石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)、產(chǎn)品和標準,搶占世界農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新制高點,加快推進農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的石墨烯技術(shù)在應(yīng)用性開發(fā)、市場推廣、資本運作等方面的商業(yè)化進程,充分開拓國內(nèi)國際大市場,助推中國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。
我國是農(nóng)業(yè)大國,需要優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)農(nóng)村。全面推進鄉(xiāng)村振興、促進農(nóng)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展和農(nóng)民富裕富足是全黨全社會高度重視的重大任務(wù)。我國農(nóng)業(yè)的每一次飛躍,都離不開科技的重大突破。20 世紀60 年代,以生物育種為主要內(nèi)容的“綠色革命”,大幅度提高了糧食產(chǎn)量。20 世紀80 年代以塑料薄膜推廣為主要內(nèi)容的“白色革命”,大大提高了土地產(chǎn)出率,不僅破解了冬季蔬菜供應(yīng)不足的難題,而且開拓了農(nóng)民增收的新路子。我國是設(shè)施農(nóng)業(yè)大國,溫室大棚的采暖保溫技術(shù)亟需取得重大突破。相比其他采暖加溫材料,石墨烯電熱膜具有智能控溫、發(fā)熱效率高、安裝靈活、啟動迅速、發(fā)熱均勻、操作維護方便、降噪環(huán)保等優(yōu)點,在設(shè)施種養(yǎng)殖領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。另外,石墨烯在促進種子種苗萌發(fā)生長、提高肥料農(nóng)藥利用效率、提高植物抗逆能力、動物疫病檢測、農(nóng)藥面源污染防治等方面具備廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯材料作為世界公認的新材料之王,其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的研發(fā)創(chuàng)新與推廣應(yīng)用,必將推動我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)提檔升級,引領(lǐng)新一輪的農(nóng)業(yè)科技革命。由于石墨烯是黑色的,被專家稱為“黑色革命”。
南京國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科創(chuàng)中心作為首家國家級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)科創(chuàng)中心,受到農(nóng)業(yè)農(nóng)村部和江蘇省、南京市政府高度重視,圍繞建設(shè)世界知名“農(nóng)業(yè)硅谷”,農(nóng)創(chuàng)中心創(chuàng)新平臺建設(shè)不斷完善,政府支持力度大、高層次人才集聚、科研資源豐富。未來以南京國家農(nóng)創(chuàng)園為載體,聯(lián)合中國農(nóng)科院、北京石墨烯研究院等頂級專家團隊以及江蘇有關(guān)科研院校,集聚優(yōu)勢資源和力量,聯(lián)合一流企業(yè)、一流科研院所、一流重點實驗室、一流農(nóng)業(yè)應(yīng)用企業(yè),配套組建成立江蘇省石墨烯產(chǎn)業(yè)推進委員會,組織實施石墨烯農(nóng)業(yè)科研攻關(guān),定制生產(chǎn)適用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主導及特色產(chǎn)業(yè)的石墨烯產(chǎn)品,發(fā)展成為石墨烯農(nóng)業(yè)產(chǎn)品研發(fā)總部;注重試驗示范與生產(chǎn)實際相結(jié)合,變“由研到產(chǎn)”為“產(chǎn)研互動”,建設(shè)成為石墨烯農(nóng)業(yè)應(yīng)用示范窗口;加強石墨烯農(nóng)業(yè)高新科技宣傳交流,通過技術(shù)培訓、學術(shù)論壇等方式發(fā)揮輻射帶動作用,塑造成為石墨烯農(nóng)業(yè)科研成果的推廣中心。
一是建立國內(nèi)外市場營銷體系。建設(shè)循環(huán)暢通、運行高效的石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)品營銷體系,政府要加強引導支持,對已經(jīng)成熟的技術(shù)如石墨烯電熱膜用于溫室大棚、畜禽水產(chǎn)工廠化養(yǎng)殖等項目列入農(nóng)業(yè)補貼項目,加快推廣。對應(yīng)用石墨烯農(nóng)業(yè)新產(chǎn)品的農(nóng)戶、家庭農(nóng)場、農(nóng)業(yè)企業(yè)等主體給予財政補貼。要充分發(fā)揮市場引領(lǐng)作用,企業(yè)要著力增強市場引領(lǐng)、市場營銷、產(chǎn)品銷售和價值創(chuàng)造“四種能力”,找準市場、細分市場、精準施策,塑造新競爭優(yōu)勢。
二是爭取國家重大推廣項目。國家應(yīng)設(shè)立石墨烯農(nóng)業(yè)科技重大專項,出臺石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項計劃,進一步加大對石墨烯農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新研發(fā)、應(yīng)用與推廣的支持力度。盡快出臺后續(xù)補貼和激勵政策,如建立獎勵基金,對重點技術(shù)領(lǐng)域作出貢獻的企業(yè)和研發(fā)人員給予獎勵,充分激發(fā)企業(yè)和市場積極性。大力發(fā)展符合石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)業(yè)特征的金融產(chǎn)品和服務(wù),支持天使投資、科技支行、科技保險、科技小貸等新型金融業(yè)態(tài),制定和完善風險補償、基金扶持等政策。落實石墨烯農(nóng)業(yè)科技重大技術(shù)裝備保險補償機制,推動首批次石墨烯農(nóng)業(yè)科技產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。