来自中国科大的突破：“原子级”农资，面世了！

如果有一种杀菌剂，将核心成分锐减80%，但防治效果较以前毫不逊色，会不会“不可思议”？如果大幅减少施肥量，但农作物产量不减甚至更高，是不是“异想天开”？答案是，单原子制造技术正在让不可能变成可能。

中国科学技术大学教授 吴宇恩

由中国科学技术大学教授吴宇恩领衔研发、安徽原植生物科技有限公司产业化的单原子铜制剂，已经可以完全替代传统铜制剂，铜用量减少80%，防效依然出众。这是国内率先将单原子制造技术成功应用于农业的案例。与此同时，吴宇恩团队对更多传统杀菌剂、肥料、调节剂的单原子改造也逐渐提上日程。

肥药“双减”是中国农业面临的重大课题，也是全球农业科技攻坚焦点之一。单原子制造技术能否带来农业农资的颠覆性创新？日前，本报记者就此专访了吴宇恩教授。

“单原子制造+农业”的关键一跳

单原子制造+农业，目标直指全球农业共同的挑战：把过量使用的农药和肥料减下来，在保障粮食安全的同时，降低资源投入和环境代价。“农业投入品的原子利用率低，已经成为制约农业可持续发展的重要因素。”吴宇恩表示。

一项权威研究表明，我国杀菌剂使用率仅在35%左右，意味着超六成的杀菌剂都被浪费掉了。肥料同样不容乐观。根据农业农村部发布的最新数据，三大粮食作物的肥料利用率为42.6%，超一半的养分流失。

作为一款曾经广泛使用的杀菌剂——铜制剂，正是由于植物药害、混配性差、重金属污染等问题，导致农民和市场谈“铜”色变。“传统铜制剂只有表面少量的铜发挥作用，其余大量的铜或堆积在作物表面，或进入土壤，造成多方面问题。”吴宇恩解释，一是大量的铜聚集在作物表面引起药害，二是多余的铜进入土壤引发污染；三是资源浪费推高了农业成本。

提高农业投入品利用率的紧迫性，还不仅于此。

以肥料为例，钾肥是农业使用量最大的肥料品种之一，但中国每年一半左右的钾肥有待进口。“如果遭遇国际断供，农业生产就会受到极大威胁，提高肥料原子经济性，减量不减产，意义深远。”吴宇恩说，氮肥、磷肥等作为资源型产品，同样面临越来越急迫的提高利用率的重任。

通过单原子制造技术，将传统杀菌剂、肥料等改造成原子级材料，破解利用率低下的全球难题。单原子铜制剂的问世，标志着单原子科技与农业结合迈出了实质性的关键一跳，也预示着农资行业的“原子级革命”由此开端。

减量80%背后的科技“狠活”

较之传统铜制剂，单原子铜制剂成功实现铜用量降低80%左右，这背后藏着怎样的科技密码？

从原子层面看，传统材料之所以大量浪费，是因为绝大多数原子被包裹在内部，无法接触到目标。单原子材料的神奇之处就在于，每一个原子都裸露在表面，直接与目标进行反应。“原子利用率达100%，这已经是化学的理论极限。”吴宇恩解释。

单原子制造的核心，是通过特殊的工艺和装置，将一个个原子像星星一样各自独立地固定在载体表面或孔隙之中，确保每个原子都可以接触到目标物。而传统材料的原子会自发团聚成颗粒或块状，导致裹在内部的原子闲置，无法参与反应，造成浪费和污染。“材料原子化以后，利用率呈几何级增长，而且靶向精准，大幅提升有效性。”吴宇恩解释。

正是这个原因，单原子铜制剂仅需以前2成的铜用量便可达到同样的防治功能，而且还带来新的性能突破：一是用量少了，药害问题和土壤污染难题迎刃而解；二是解决了混配难题。传统铜制剂呈碱性，与酸性化学投入品易发生反应，而单原子铜制剂几乎可以与所有的杀菌剂、肥料混配。

单原子制造让铜制剂这个曾经的大单品重获新生。由于安全性差和混配难，传统铜制剂销量一度降到高峰时的20%左右。安徽原植公司单原子铜制剂自去年推出至今，短短一年多，便已迅速跃上市场份额前列。

“在铜制剂上，我们现在不断刷新市场纪录，应用面积越来越大，这是科技工作者价值的最大体现。”吴宇恩欣慰地说。

开启农业的单原子时代

对大多数人而言，单原子制造还是新鲜事物，农业人尤是。其实，全球对这项科技的探索已久，中国科学家通过数代人接续努力，如今无论是研发还是应用，单原子制造技术都站到了国际最前沿。

2010年，中国科学院院士、大连化工研究所研究员张涛在全球范围首次提出“单原子催化”概念；此后，吴宇恩的导师中国科学院院士、清华大学教授李亚栋在“单原子合成”上取得重大突破；而专注这一领域十余年的吴宇恩团队，则在单原子技术应用上做出了突出贡献。

通过制造单原子材料提高使用经济性，技术路径看似简单，但做起来绝非易事。“难点在于找到特定的活性材料和载体，这往往需要大量的试验和筛选。”得益于中国科学院的项目支持，吴宇恩团队已经建成AI高通量筛选平台，借助人工智能，“单原子制造+农业”的结合将会大大提速。

目前，吴宇恩带领团队正在建设世界最大的抗菌数据库，搞清每一个原子级材料的禀赋，未来一旦暴发耐药性或突发病虫害，可以迅速找到有效的材料，与企业结合实现量产。

与此同时，对肥料的原子制造也摆上了日程，碳、氮、磷、钾、铁是下一步重点攻关的目标，旨在显著提升植物营养的有效性。“

单原子时代正式开启。我们期待着这一新时代的到来，能够为土壤健康、植物健康以及人类健康的伟大愿景提供强有力的支撑。”吴宇恩充满期待地说。