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　　纳米开启新时代——写在山西长治建成全国最大纳米碳生产示范基地之际

　　科学家们预测：纳米科技应用于农业生产，必将引发世界农业的一次革命！

　　——题记

　　【引言】

　　进入山西省长治市，未到市区，便能遥遥望见一座高耸的金色铜像。这座铜像高39米，是位手捧谷穗的老人。作为城市的标志，他从城市东面的百谷山上俯视着素有天脊之称的上党大地。

　　相传，正是这位老人在百谷山上尝百草，找到了泽被后世的谷种，开创了中国的农耕文化。他，就是传说中的中华民族的始祖炎帝神农氏。

　　让我们穿越几千年来到史前的那个黄昏。

　　对于当时仍以渔猎和采集为生的炎帝氏族部落来说，饥饿仍是他们最大的敌人。炎帝神农氏，这位出生在陕西宝鸡、长着牛头人身的中华始祖，带领着他的族人向东开始了漫长而又艰难的迁徙。因为他们相信，“朝着太阳升起的地方走，就会找到温暖和有食物的地方”。他们来到了黄河中上游一带，百谷山的所在地古上党地区。

　　那一日，在对众多植物经历了一次次的寻找、尝试、失败，一次次身体中毒的苦痛折磨之后，炎帝神农氏竟连中72毒，几乎死去。但就在那一日，炎帝神农氏终于找到了那颗在日后给予氏族人温饱，并养育了世代炎黄子孙的种子，而随着那颗种子——黑黍的找到，中华历史也跨入了一个崭新的时代。

　　正是这颗被认定为谷子祖先的谷种，孕育了黄河流域5000年辉煌灿烂的华夏文明，成就了几千年来中华民族的丰衣足食和文明昌盛。

　　时光穿梭，岁月悠悠。当农业发展经历了漫长的原始农业、传统农业之后，进入了以广泛应用现代科学技术、普遍使用现代生产工具、全面实行现代经营管理为特征的现代农业。绿色农业、有机农业、节水农业、工厂化农业、精准农业、海洋农业、生物农业……应运而生。

　　这是21世纪2007年6月的一天，几位科学家的智慧在不经意间碰撞出火花——将高科技、全新的纳米技术应用到农业生产之中。他们把一种叫做纳米碳的材料第一次应用到化学肥料中，开辟了化肥产品全新的领域和概念。

　　2008年至2011年，科学家们纵横全国16个省、市、自治区，在不同地域、不同土壤、不同作物中开展纳米碳增效肥的试验示范，一举突破高产瓶颈，掀开了使用先进科技实现农业节肥、增产、增收的新篇章。

　　2010年，神农故里的山西长治正处在转型跨越发展的关键时期，迫切需要以高端、高质的战略新兴产业带动全市经济总量高质量翻番。尤其在农业领域，具有世界领先水平、符合产业发展要求的好项目，是推动全市农业增产、农民增收的重要支撑。长治的决策者敏锐地捕捉到：纳米科技与农业生产结合的这一创举，必将引发世界农业的一次革命！

　　2011年3月，山西华农纳米科技有限公司年产50000吨纳米碳溶胶、2000吨纳米碳粉项目落户山西长治。

　　2012年3月，全国最大的纳米碳生产示范基地在长治潞城建成。

　　那位凝眸深思、俯视大地的老人，是否见证了这一切？！

　　上篇：探索与发现

　　神奇纳米闯入生活

　　人类文明是一部进步史、发展史，更是一部探索与发现的历史。

　　正如远古时期炎帝神农尝百草、制耒耜、种五谷，解决了民以食为天的大事，为人类由原始游牧生活向农耕文明转化创造了条件一样，从蛮荒时代到宗教时代，从战乱年代迈向现代文明，无不闪耀着科学的光芒：无论是指南针、火药还是电灯、电视、电话，无论是照相机、计算机、互联网还是人造卫星、航天飞机，无论是化学肥料、有机食品还是器官移植、试管婴儿……空间技术、信息技术、生物技术、材料技术……许许多多的探索、发现和发明、创造，使人类许许多多的梦想成为可能，变成现实，并以此推动着社会飞速向前发展。

　　上世纪，人类开始进入飞速发展的科学时代，尤其是从宏观世界直抵微观世界，人们认识、改造微观世界的水平提高到了前所未有的高度。

　　从石器时代开始到现代，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。“为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？”1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼在所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲中指出。费曼说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”

　　这便是关于纳米技术最早的梦想。

　　70年代，科学家们开始从不同的角度提出有关纳米科技的构想。1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工；1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为人类揭示了一个可见的原子、分子世界；1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生；1999年，纳米技术开始逐步走向市场。

　　进入21世纪，“纳米”这个曾十分生疏的字眼，便开始频频出现在我们的视野。微电子、生物、光电、化工、医学、农业、航空航天、陶瓷、化妆品、纺织品、涂料、抗菌材料等等，“纳米”似乎无往而没有，无往而不能。

　　那么，何谓纳米？源自纳米的纳米科学、纳米技术、纳米材料是什么？又有什么神奇的作用？

　　纳米（nm），是如同人们再熟悉不过的米、分米、厘米一样的长度单位，1纳米等于十亿分之一米，相当于4倍原子大小，万分之一根头发粗细，比单个细菌的长度还要小。形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。

　　科学家们研究发现，当物体的尺寸小到0.1至100纳米范围时，将显示出许多常规尺寸不具有的优异性能，具有高强度、高韧性、高比热、高膨胀率、高电导率、极强的电磁吸收能力等特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。

　　这种纳米尺度范围的材料就是纳米材料，又称超微颗粒材料，而研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的技术就是纳米技术，亦即在纳米尺度（0.1～100纳米）上，能够操纵单个原子或分子进行加工制作的技术，并由此产生了在纳米尺度（0.1～100纳米）上研究物质的特征和相互作用，以及如何利用这些特征的科学——纳米科学，包括纳米生物学、纳米机械学、纳米材料学、原子/分子操纵和表征学、纳米制造学等。

　　用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便；

　　如果在卫星上用纳米集成器件，卫星将更小，更容易发射；

　　利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管 “饿死”癌细胞，纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况，以便让医生对症下药；

　　用纳米氧化物做成广告板，在电光的作用下，会变得更加绚丽多彩；

　　用纳米金属颗粒粉体作催化剂，可加快化学反应过程，大大提高化工合成生产率；

　　不用洗涤、不染油污的纺织品，防辐射的服装，利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料，如生物材料和仿生材料；

　　……

　　科学家们还进一步憧憬，用碳纳米管做的绳索是惟一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索；

　　如果用碳纳米管做成地球～月球的乘人电梯，人们到月球就很容易了；

　　……

　　理查德·费曼的预言变成了现实，人类可以按照自己的意愿直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。而这一“可以”带来的是一场空前的“革命”——

　　21世纪将是“纳米”的世界。

　　刘键其人

　　随着科学家们的一次次努力，“纳米”已不再是一个冷冰冰的科学词汇，人们从电视广播、书刊报章、互联网络，一点点认识了“纳米”。“纳米”已走出实验室，来到人们的生活中。

　　据估算，至2010年仅纳米技术的市场容量就已达到14400亿美金。纳米技术未来的发展空间无法估量，并与信息科学技术、生命科学技术被誉为21世纪推动人类发展的科技“三剑客”，它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。

　　虽然还只是处于基础研究，距离应用阶段还有较长的距离要走，但是由于纳米科技所孕育的极为广阔的应用前景，世界各国都将其作为国家提升核心竞争力的战略选择，不惜重金发展纳米技术，力图抢占纳米科技领域的战略高地，美国、日本、英国等发达国家纷纷制定研究计划，进行相关研究。我国于1991年召开纳米科技发展战略研讨会，制定了发展战略对策。2006年，国家中长期科学和技术发展规划纲要又将其列为之于蛋白质研究、量子调控研究之后的第三项重大科学研究计划。近20年来，我国纳米材料和纳米结构研究成就引人注目，位列世界前列，涌现出了大批从事纳米技术研究的科学家和科技人员。

　　刘键即是我国著名的纳米专家之一，也是曾承担多项国防重大科学研究项目的首席专家，其纳米制备技术研究水平居世界领先地位，并率先实现了纳米材料在多个领域的产业化应用。

　　刘键，早年毕业于清华大学机械动力系，长期从事材料学研究，现为博士、教授级高级工程师、国家纳米工程应用中心特聘教授、清华大学客座教授、北京华龙肥料技术有限公司董事长。

　　当过知青、当过官员的刘键被人称为“当代爱迪生”、“爱迪生Ⅱ号”。刘键自小聪明过人、思维独特，动手能力极强。4年的机械动力学熏陶，刘键已成为人们公认的“发明家”。20多年前，当那个神奇的“纳米”开始闯入人们的生活时，刘键便义无反顾地迷恋上了它，即便是从政的10多年里也从未放弃。

　　2012年4月的首都北京，风和日丽，暖风拂面。记者见到已是花甲之年的刘键时，他正埋首于位于北京大兴的实验室进行一种纳米材料的试验研究。见到远道而来的记者，刘键有些无奈和不忍：“我是第一次接受记者采访。”记者则暗自庆幸一个地方媒体的记者能有机会和大家面对面对话。

　　和蔼亲切的面庞，简单朴素的衣着，对于自己传奇般的经历几缄其口，而一说起“纳米”则滔滔不绝。

　　刘键说：“纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，是以现代混沌物理、介观物理、量子力学、分子生物学等学科为基础，制造新型物质材料的一种新兴科学技术，研究的内容涉及现代科技的广阔领域，有些目标需要长时间的努力才会实现。”

　　记者几近囫囵吞枣地接受了一次关于“纳米”的科普教育。

　　物体如何就能变成纳米大小？什么物质最容易到了纳米尺寸？

　　刘键的灵感来源于墨。据科学家们考证：最原始的纳米材料在我国公元前12世纪就出现了，那就是中国的文房四宝之一——墨。科学家们认为，墨中的重要成分是烟，实际上，烟是由许多超微粒碳形成的，而制造烟和墨的过程中就包含了所谓的纳米技术。

　　煤燃烧冒出来的烟聚积成黑灰是制墨的主要原料，煤是最普遍的物质，碳是煤最主要的成分，是一种结构特殊的非金属材料，在非金属材料中占有非常重要的位置，有金刚石、石墨、富勒烯、无定型碳等同素异形体。刘键选择了石墨。

　　爆炸还是燃烧？这似乎符合人们的传统思维。而惯于逆向思维的刘键则认为爆炸和燃烧太过原始和低级。不要说污染环境，那四处喷洒的粉尘又将如何收集？况且石墨的熔点又高。刘键说，他人生最幸福的事情就是做实验，把不可能变成可能。

　　石墨硬度很小、导电性强、化学性质稳定，何不用电极的方法？自己造设备、自己装机器，刘键将固态碳制成电极，放入电解质溶液中，加以直流脉冲电流。

　　一次次试验、尝试，刘键惬意地徜徉在科学创造的天地里。终于，经过十多年的创新性研究，刘键用“脉冲式电极法”得到了颗粒度在50纳米以下、通常颗粒度可达到20纳米的多孔球形纳米石墨碳，并相继获得了脉冲式电极法制备纳米石墨碳溶胶和碳粉的低成本可控纳米材料生产技术等多项国家发明专利。

　　科学家们称，这种利用脉冲式电极法得到的纳米碳材料使原有物质的理化性状发生质变后形成超微颗粒，具有小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，改变了物质的吸附性、柔韧性、磁性、导热性、导电性等，可广泛应用于各种导电浆料、蓄电池电极材料、添加剂、磁性材料、发热材料等多个领域。

　　刘键喜形于色，一心想着要把这一成果应用在军工和化工领域。然而，把这么高精尖的纳米技术应用在化学肥料中则纯属偶然。

　　肥料也纳米？

　　2007年6月18日，北京。

　　在当天举行的一次尖端技术和材料制备应用研讨会上，刘键与冯元琦、张志明不期而遇。

　　冯元琦，原国家化工部总工程师，化工设备研发制造总监，我国知名的化学肥料专家。

　　张志明，中国科学院沈阳应用生态研究所研究员，中国腐植酸工业协会顾问，我国著名肥料专家。

　　科学家们相遇，谈论的话题不外乎自己多年致力研究的领域，也对对方的研究充满了好奇。

　　就在研讨会即将结束的时候，几个人聊得越发热乎起来。这时，他们的共同话题成为正被人们逐渐熟知却又不知如何下手的“新玩意儿”——纳米。

　　冯元琦向刘键道：“纳米越来越炒得热了，您这研究材料的有啥新发现没？”

　　这可说到刘键的心坎上了：“我已自行制备出了纳米石墨碳粉，正尝试着应用在军工和化工领域呢！”说着，刘键把自己随身携带着的“宝贝”——纳米石墨碳粉从口袋里掏了出来。

　　没有那么多的“阳春白雪”。在同深奥的科学技术打了一辈子交道的科学家们心里，科学严谨的另一面便是不断用“通俗”的方式去尝试、去探索。

　　冯元琦接过刘键递过来的一小袋纳米石墨碳粉，左看看右看看，又是摸又是闻：“这东西单凭看是看不出什么特别之处来，都说纳米神奇，这要验证才能知道呀！”

　　聊天聊到这个份儿上，天知道科学家们会聊出什么新思路来！

　　刘键眼前一亮：“您老想怎么验证？”

　　这时，坐在一旁的对我国长效肥料研究、免中耕农业推广与应用作出划时代贡献的张志明若有所思：“我搞了一辈子肥料，和土地打了一辈子交道，能不能把这纳米材料加到化肥中？”

　　刘键一听这话，直拍脑门：“对呀！这包纳米石墨碳粉就送您了，您拿回去试验试验看。”

　　当天会议结束后，张老拿着那包看似没啥特别的“纳米材料”回到了沈阳的试验基地。

　　沈阳的6月，正是万物勃发的好时节，试验基地里的茄子和番茄苗绿油油一片。依张老多年的科研实践，要想作物增产增收，当土壤、水分、气温等一切基本条件不变的情况下，除了选取优良品种之外，另一个重要贡献者就是化肥。张志明用了一个最简单的方法：把这包纳米石墨碳粉均匀地添加在了化肥中。

　　整地、播种、浇水、施肥，张老辟出一小块地开始补种上茄子和番茄苗。

　　夏季天长夜短，张老不顾天气炎热，整天扑在试验田里，侍弄着那些茄子、番茄苗一天天长大。

　　这边张老的试验仿佛有些离奇，那边远在北京的刘键也有些好奇，每天穿梭在实验室中，一旦手中的活儿停下来，就开始“想念”沈阳张老的试验。

　　一个月后，刘键有些等不及了，打电话询问张老的试验有何进展。

　　“等等啊，现在我还不敢讲……”张老不紧不慢道。

　　“张老，您赶紧讲嘛，好就是好，不好就是不好！”刘键催促。

　　38天后，张老小心翼翼地收获了试验田里的茄子和番茄。一番认真测产和与对照田作比较，结果着实吓了张老一跳：茄子增产40%，番茄增产80%多，肥料也比原来少用了许多。

　　一向悠悠然的张老有些不知所措：做了一辈子的试验，见证了许许多多试验效果，今次的结果令人难以置信！难道是试验过程中哪里出了问题？张老一遍又一遍地翻看记录，回忆一个月来的每一次浇水、施肥、管理。

　　刘键等不及了，又开始催促。

　　张老犯了难，这一试验结果大大地超出了张老心中对 “科学严谨”一词的理解，一时不知该如何把这个消息告诉刘键。

　　“结果到底怎么样啊？您老给个话呀!”刘键这回真急了。

　　“茄子增产40%，番茄增产80%多！”张老记不得自己是怎么说出这个结果的。

       电话那边的刘键顿时愣住了。稍稍冷静之后，刘键说：“您老来北京，咱们在北京再做一下试验。”

       于是，张老来到了北京，在中科院大兴基地进行试验,奇迹再次出现。随后，他们在农业部优质农产品开发服务中心展开了多项实验，此是后话。

       又过了一个多月，刘键把试验结果告诉了中国农业科学院原副院长、我国著名土壤肥料植物营养学家刘更另院士。刘老当时几乎冲着刘键喊了起来：“这简直是胡闹！纳米材料这么贵，怎么可以用在肥料上，我一定要亲自去看看!”

       第二年夏收时节，刘老执着地来到刘键的小麦测产现场。在听取情况介绍和实地察看后，刘老打消了疑虑。自此以后，刘更另院士的态度180度大转变，不仅亲自试验，还对刘键在全国各地多种农作物中的试验进行跟踪，成为这项新技术的“铁杆”支持者：“在化学肥料中放入一定比例的纳米石墨碳粉是一项新技术，建议做深入细致的研究。”

       几位科学家智慧的偶然碰撞，开拓了纳米材料在肥料应用方面的新领域。肥料也纳米？或许，这便是深奥科学最终总是落脚到人类最基本的衣食住行上吧！

       中篇：推广与应用

       扑身中华大地的“巡回猜想”

       自从那位手捧谷穗的老人开创了中华农耕文明，数千年来，农业一直是我们这个世界上人口最多国家赖以生存的基础产业，并始终朝着作物高产、稳产、优质、高效的目标进发。

       令人意想不到的试验结果，刘键的思维又快速转了起来。

       进入新世纪，世界各国不仅重视纳米技术在工业、高科技产业中的应用，而且也越来越重视其在农业和食品工业中的应用，据美国农业部预测，纳米技术将使整个农业生产方式和食品工业发生变革。事实上，纳米技术已在精确农业、智能施药系统、食品包装与加工、加工与粉碎技术、光催化技术、人工模拟等农业领域得以突破性应用。

       但就肥料领域来讲，还未有人涉足。有关数据显示，我国用占世界耕地总量9%的土地解决了占世界21%人口的温饱问题，其重要原因之一就是化肥的广泛应用，带来粮食作物的增产高产。目前，我国已成为世界上最大的化肥生产国和消费国，年消费接近世界1/3的肥料，且肥料的当季利用率仅为30～35%，需求量还呈现不断增长态势。而那些没有被作物吸收的肥料一部分储存在土壤中被土壤吸附，一部分以气态形式进入大气，成为温室气体的主要来源，还有相当多的进入地下水，成为农业面源污染的主要来源，同时，肥料的生产消耗了大量的煤炭、石油、天然气、电等资源。

       “随着世界化肥向高浓度化、复合化、缓/控释化发展，化肥生产工艺的创新、技术的进步、产品结构的优化势在必行，对于我国乃至全世界农业产业变革、发展农业低碳经济意义非凡。将高科技、全新的纳米技术，应用到肥料领域！”此时，“纳米”炒作已掀热浪，大战此起彼伏，各种植物生物肥料也是竞相涌现。刘键毅然决定，利用纳米材料的变异特性研究开发纳米碳增效肥料，即将一定比例的纳米碳材料添加到传统肥料中，利用纳米材料改性传统肥料，使肥料利用率和作物单产得以大幅度提高。

       这一尚属国际首创的新型技术，吸引了一批致力农业生产研究的科学家、专家和科研人员。刘键注册成立了拥有多项自主知识产权的高科技创新企业北京华龙肥料技术有限公司，亲任董事长，并得到各方大力支持，在北京市大兴区有了实验基地。刘键，不再单枪匹马。

       2007年秋收后，冬小麦播种在即。

       刘键和他的团队争取到了在北京市朝阳区农业部优质农产品开发服务中心示范园区、中国科学院地理研究所山东禹城站、北京市大兴区农业科学研究所进行冬小麦施用纳米碳增效肥试验和节肥试验。

       选取3种不同的冬小麦品种，设置对照（不施肥）、常规肥、碳酸氢铵、长效碳酸氢铵、纳米碳增效碳酸氢铵、纳米碳增效尿素、尿素、纳米碳等7到8个施肥处理，分底肥、返青肥、拔节肥、灌浆肥4次施用，统一施肥、统一浇水管理。

       度过了漫长的冬天，到了收获的季节。次年6月夏收进行测产，结果令人震撼：纳米碳增效碳酸氢铵、纳米碳增效尿素施用量只用了普通肥料施用量的50%，产量却平均增产在15%以上，远远高于其它施肥处理。

       那纳米碳增效肥施于不同的土壤、不同的气候、不同的作物又将如何？从2008年开始，刘键和他的团队纵横全国各地“巡回猜想”。

       东北的大豆、汉江的水稻、新疆的棉花、北京的黄瓜、四川的猕猴桃、山东的苹果、山西的旱地西红柿……

       4年多来，北京华龙肥料技术有限公司会同国家杂交水稻工程技术研究中心、国家大豆工程研究中心、中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国农业大学、吉林农业大学、云南省农业科学院、黑龙江省农业科学院等多家科研院所校的科研人员，在东北三省、北京、河北、河南、山西、山东、湖北、湖南、江西、云南、四川、海南、广西、新疆等16个省市自治区的多个地区，进行了多品种、多地域的纳米碳增效肥趋势性试验，涉及水稻、小麦、玉米、大豆等粮食作物，蔬菜、水果、花卉、棉花等经济作物30多种、百余个品种。

       为使作物枝叶茂盛、叶色绿浓，要施用氮肥；为使作物根系发达，增强抗旱抗寒能力，提早成熟、子粒饱满，要施用磷肥；为促进作物生长，增强抗病虫害、抗倒伏能力，应施用钾肥，而纳米碳增效肥能起到什么作用呢？

       几年的试验，科学家们综合实验室和田间试验数据分析：将粒径为20纳米的多孔型碳材料，以千分之三的比例加入传统化肥中升级传统化肥为纳米碳增效肥，为世界首创。这一融合了高新技术的新型肥料施入土壤，可有力地促进作物对养分的吸收，促进叶绿体内淀粉粒的合成、运输，提高作物的光合作用效率，并使作物细胞中的线粒体大量增多，增强呼吸作用，从而加速作物的新陈代谢，促进作物生长，并呈现出增产幅度大、减少施肥量、提高作物品质、减少化肥对土壤和水体等的破坏、减少农民在农业种植中肥料成本的投入等诸多特点。

       成果转化的艰辛与欣喜（1）

       千百年来，不论是欧洲还是亚洲，人类都把动物粪便当做主要肥料。据古希腊传说，用动物粪便作肥料是大力士赫拉克罗斯首先发现的。他用河水冲牛粪，沉积在附近的土地上，使农作物获得了丰收。进入18世纪，随着世界人口迅速增长，欧洲爆发工业革命，对粮食的需求大量增加，化学家们开始对作物的营养学进行科学研究。19世纪，化学家们相继合成了尿素，发明了世界上第一种化学肥料磷肥，以及钾肥、氮肥，然而，直到百年后的20世纪50年代以来，这些化学肥料才得到了大规模的生产和应用。

       如今，化肥已是再平常再普遍不过、农业生产离不了的重要生产资料之一。“的确，人类千百年来的发展史证明，任何一项新技术的推广应用比其诞生还要艰难。纳米碳增效肥技术又何尝不是？”北京华龙肥料技术有限公司总经理助理马筠谈起4年多来辗转全国各地的推广应用之路自是一番感慨，“艰辛曲折。人们对科学从不认识到认识以至追随需要一个过程，甚至是一个漫长的过程。科学是严谨的。纳米碳增效肥经过4年的验证，取得了令人瞩目的效果，但还需要进一步验证，它的推广应用更需要时间。一项科学技术的推广应用必须有新理念、新模式、新方法，如此，才能大规模生产，乃至大规模应用。”

       2011年10月14日。山西省长治市潞城市合室乡熬脑村。

       天还未亮，村民孙军旺就起来了。因为这一天他施用了纳米碳增效肥试验示范种的13亩大葱就要收获了。

       黑着灯摸索着穿好衣服，孙军旺出了家门直奔地里。来到地头，早已有和他一样“参与”了试验的乡亲等在那里，七嘴八舌地猜想着大葱的收成。

       熬脑村共有76户、317口人，耕地面积760亩，其中大葱面积每年稳定在400亩左右，村里所产的“熬脑”牌大葱在省内外赫赫有名，村民们对自己一锹一铲辛勤培育出来的大葱无论是产量还是品质确信不疑。但是今年不同了，“一种叫纳米碳增效肥的东西搅乱了大伙儿种了20多年大葱的心”。

       年初，长治市在成功引进山西华农纳米科技有限公司纳米碳项目后，开始在所属潞城市进行玉米、旱地西红柿、青椒、大葱共计1万亩纳米碳增效肥试验示范工作。试验示范区选在翟店、辛安泉、合室、成家川、潞华5个乡镇和办事处的8个村及1个良种场。

       合室乡熬脑村有200亩地，近一半村民“参与”了大葱的试验示范。天亮了，孙军旺和村民们在试验示范技术人员的指导下开始统一采收测产。

       一天下来，孙军旺的11亩示范田和2亩试验田收获完毕。顾不上吃饭，整理、扎捆、过秤、核算，孙军旺乐了：自己的示范田相比对照田“亩增产400多公斤”！全村测产的数字是：亩均增产447公斤，且示范田中肥料减量30%。更让孙军旺他们欣喜的是，当年大葱市场价格一路看好，亩增收近2000元！

       “我种了20年大葱，数今年收成好。”50多岁的王贵林话语里透着欢欣，“说实话，从心里对这新东西犯嘀咕，生怕收成不好，耽搁了一年的好年景，孩子的学费也泡了汤。”王贵林种了7亩纳米碳增效肥示范大葱，收入近4万元。

       相对于王贵林，30来岁的新生代农民孙军旺对新事物很有 “试一试的胆量”。孙军旺给记者看了一个本子，上面密密麻麻记着他这一年来对试验大葱的每一次观察和管护。孙军旺说，村里的老辈种了几十年地，主要是靠天吃饭，施肥种地的方法也比较传统死板，缺乏科学性，“现在从中央到地方天天在讲科技对农业的作用，对‘纳米碳’这个科技新成果，我很乐意去尝试一下”。

       看着颇为专业的笔记和一脸欣喜的孙军旺，记者想，随着农民科技意识的不断提高和科学技术带给人们的便捷和实惠，纳米碳增效肥技术的推广和应用并非遥不可及。

       马筠说，我们在纳米碳增效肥技术的推广和应用上设计了两种模式，一种是“政府+把式+农户”的模式，即在政府引导、农业技术员指导的基础上，帮助农民认识新型肥料的科学性，逐步推广；另一种是联盟模式，即面对肥料市场的激烈竞争，先通过自行试验找到肥料用户，当有销售市场时，再与肥料生产企业联盟，扩大新型肥料生产。下一步，我们还要走保险模式，就是先让农民使用肥料，生产有成效后再支付肥料费用，给农民吃上“定心丸”。

       成果转化的艰辛与欣喜（2）

       长治市万亩纳米碳增效肥试验示范是北京华龙肥料技术有限公司2008年以来在全国各地试验示范的第17站，也是试验示范面积最大的一次。

       长治，这个中华始祖神农氏炎帝曾在此尝百草、驯养牲畜、发展原始农业的地方，土地肥沃、四季分明、气候适宜，农林牧各业历来重视“精耕细作”。“有收无收在于水，多收少收在于肥”，形象地反映了当地农民对水、肥在农业生产中的作用有着极其深刻的认识。1978年以前，长治耕地施肥主要以有机肥为主，1979年以后，随着生产力的不断发展和肥料品种的增加，广大农民非常重视化学肥料的科学应用，2000年以来，各种复混肥料、微生物肥料、稀土农用技术等开始推广应用起来，施肥技术水平也不断提高。

       但是，与全国各地一样，随着现代农业的飞速发展，当地农民一方面在化肥使用中，施用量大、利用率低已成为一种普遍现象；一方面也开始从滥用走向合理施用的轨道，减少施用量，提高利用率，节本增效。据统计，长治市2010年耕地面积为519万亩，肥料施肥量为37万吨，亩均施肥达到71.3公斤，而利用率仅为35%左右，每年使用的化肥通过地表径流和地下淋溶的流失量达3043吨。

       正是基于农业增效、农民增收、改善生态环境，2011年，长治市在对国内外新型肥料广泛筛选、反复对比的基础上，引进了具有自主知识产权的北京华龙肥料技术有限公司研制的纳米碳增效新型肥料，依托山西华农纳米科技有限公司纳米碳项目，在潞城市进行玉米、旱地西红柿、青椒、大葱共计1万亩农作物的试验示范，实地研究纳米碳技术对农业尤其是对当地农作物的增产节肥作用。

       长治市委、市政府对这项农业新技术试验示范工作给予高度重视，成立领导组，组建专家组和技术指导组，并财政拨付468万元，扶持试验示范工作启动。

       为保证试验示范顺利进行，长治、潞城两级市委、市政府领导多次亲临试验示范区查看作物长势，现场办公指导工作，两级农业部门多次召开专题会议，组织下乡调研，确定试验区域，制定试验方案，编写技术手册，量化目标管理，并邀请专家学者对试验示范区农业技术人员、项目村负责人、种植大户和农民进行纳米碳增效肥使用、主要作物栽培等技术培训和田间指导。

       试验示范总指挥、时任长治市分管农业的副市长许霞几乎跑遍了所有试验示范点，坐镇一线解决试验示范中种子、管理、资金及技术服务等方方面面遇到的困难和难题。许霞说：“纳米碳增效肥项目在我市实施极具可行性和实用性。选用好的肥料、科学使用肥料，对于降低农业生产成本，提高粮食和作物单产，提高耕地土壤肥力，提高肥料利用率，改善农产品品质，保护农业生态环境，转变农业增长方式，促进农业可持续发展，实现农民持续增收，都具有显著的现实意义。”

       位于潞城的中国大型化肥企业之一天脊集团全力投入、精心组织、严格工艺，成功试验生产出硝酸磷纳米肥、尿素纳米肥两个新品种，用于此次试验示范。

       为确保试验示范的真实性、科学性、准确性，试验示范严格采取统一供种供肥、统一耕作播种、统一田间管理、统一观测记载、统一测产验收的“五统一”措施，并科学地设计了试验示范方案。

       “一开始，村民们和我们有‘敌对’情绪。不支持、不合作，毕竟这些年，肥料新品种迭出令人眼花缭乱，再者农民群众的目标很朴素很直接，只盼着有个好年景好收成，谁愿意做冒风险的事儿。”负责此次试验示范技术工作的潞城市农委总农艺师牛风英说。

       从培训、选地、播种、施肥到收割，参与试验示范的40余名技术人员分组包片驻守在试验示范一线，裤腿一挽径直走进地里，对试验示范全过程进行跟踪技术指导和观察记录。“他们一刻也闲不住，一会儿在这块田里测测土，一会儿到那家地头指导田间管理，一会儿帮助村民查看农作物病情，一会儿又身背喷雾器到地里喷洒农药……”成家川办事处台东村村民李有生念念不忘技术人员教他学会如何正确给旱地西红柿施肥，“不过，最主要的还是这‘纳米’有效，又增产又增收入。”

       历时一年的试验示范成效显著：在正常施肥量70%的情况下效果最佳，4种作物均有增产效果，3种蔬菜在品质上均有不同程度改善，在节肥30%的基础上4种作物平均亩产增长6～11%，总节本增效110余万元。与此同时，施用此种肥料土壤中硝酸盐的含量明显降低。

       长治市农委负责人感慨颇深地说：“纳米碳增效肥确实显现出了生态环保、节约肥料、改善作物品质、节约土地的优势。像这样大规模、大范围、大力度的试验示范在我市还是首次。如果长期坚持下去，将是一项不折不扣的惠民工程，对我市农业健康持续发展有着重要的推动作用。”这位责任人表示，今年长治又在部分农业园区和蔬菜种植大户中开展了这一新型肥料的试验示范。

       下篇：前景与展望

       神农故里建基地

       一边是如火如荼的试验示范，一边是紧锣密鼓的项目建设。

       今年3月，经过6个月的紧张施工和设备安装调试，位于长治潞城翟店镇羌城生态工业园区的山西华农纳米科技有限公司首批年产100吨纳米碳生产示范车间正式投入试生产，并成功生产出第一批合格的纳米碳溶胶，这标志着全国最大的纳米碳生产示范基地在山西长治建成。

       “4年多来，随着纳米碳增效肥试验示范在全国各地逐步延伸和逐渐被人们认识，以及纳米碳材料在其它领域快速应用，需求量不断增加，必须依靠实体企业进行成果转化，大规模大批量生产。”刘键说，“目前，我们除了在北京大兴区建有试验基地，长治建成全国最大生产示范基地，河北唐山、廊坊建有中试基地（中间性试验的专业试验基地），天津滨海新区生产基地正在建设当中。”

       长治不仅农业发展源远流长，而且还是一个煤炭资源型城市，长期以来，煤焦冶电倚重的经济结构严重阻碍了长治经济的持续健康发展。“十二五”开局之年，长治把工业新型化作为转型跨越的第一着力点、第一推动力、第一突破口，不断提高招商引资门槛，大力引进建设符合国家政策的新兴产业项目，用新兴产业引领经济转型，转型跨越发展迈出了坚实步伐，经济结构实现根本性转变。山西华农纳米科技有限公司纳米碳项目就是长治市工业新型化的重点项目之一。

       长治市委书记田喜荣说：“瞄准最强的、盯住最优的、寻找最好的高新技术，着力引进一批高端、高质的战略新兴项目，拓展企业‘扩能增值’发展空间，抢占市场竞争新高地，抢占产业发展制高点，是长治转型跨越重振雄风的必由之路。纳米技术和纳米材料是一种全新的领域和概念，对高新技术产业将起到引领和带动作用，符合我市产业结构调整和经济转型发展的战略要求。”

       对于拥有超过75%农业人口的长治来说，2011年，全市农业总产值实现49亿元，粮食总产量达到14.85亿公斤。土地不仅是全市农民的命根子，也是全市人民的粮袋子与菜篮子。如何做好土地这篇文章事关农民增收、农业增效、农村繁荣，事关长治经济社会和谐健康发展。

       “如果1亩地可以节约化肥30%，全市519万亩耕地节约下的化肥将是一个非常可观的数字。纳米碳技术开辟了化肥产品的全新领域和概念，其推广使用不仅将有力地推进我们国家农业生产朝着高效、环保、低碳方向发展，对提高土地效益，提升农业综合生产能力，强化高新科技在农业生产中的推广应用起着支撑和引领作用，而且纳米科技在许多领域孕育着巨大的应用潜力、市场潜力，前景非常广阔。”长治市委副书记、市长张保在算了一笔细账后说。

       “真诚，是长治的真诚吸引感动了我们。”马筠说。2010年9月，在第三届中国(太原)国际能源产业博览会上，北京华龙肥料技术有限公司的纳米碳增效肥吸引了带队参会的长治市主要领导，他们“眼前一亮”，随即对引进纳米碳项目展开“攻势”。

       立项论证、勘察调研、赴京洽谈，“长治的领导没有官气，对高新技术兴趣浓厚，为企业服务的意识也很强。一次又一次来请我们，刘备三次诚访诸葛亮便出山辅佐，长治则是‘多顾茅庐’抱得项目归。”马筠说。

       2011年3月，山西华农纳米科技有限公司注册成立。4月，占地260亩，总投资约5.5亿元，设计年产50000吨纳米碳溶胶、2000吨纳米碳粉的建设项目，在潞城市翟店镇羌城生态工业园区破土动工。

       一个具有自主知识产权的高科技创新企业就这样来到了这个地处太行之脊的内陆小城。

       “从企业的选址、规划、开工，长治市委、市政府给予大力支持，项目开工建设后，主要领导多次亲临现场办公，协调解决各种困难，确保了企业各项工作顺利进行。”靳凯轶说。

       靳凯轶，山西华农纳米科技有限公司投资人、负责人。“近些年在北京等地做过许多领域的投资。当了解到纳米碳这项新技术时，感到好多年没有这么既有挑战性又有前瞻性的好投资项目了。”

       不过，多年来全国各地投资经验告诉靳凯轶：要投资项目，就要进行技术转化，最终实现规模化生产。简单的拿来主义并不能推动新成果的有效应用，必须创新。

       “这过程简直是胆战心惊。”靳凯轶说。

       “11日12:08，周日，生产车间正式投入试生产。”这是2012年3月11日靳凯轶手机上的备忘录。

       “14日6:32，周三，无事。”显然这一天在一大早就醒来的靳凯轶看来十分平常，甚至有些平淡。但是，无事的这一天，却成为一个改写纳米碳生产历史的重要日子。

       接近中午12时，山西华农纳米科技有限公司成功生产出第一批合格的纳米碳溶胶。这一成果标志着靳凯轶倾心打造的生产工艺设备“没有了打水漂的可能性”，更重要的是，这意味着在长治潞城建成了全国最大的纳米碳生产示范基地。

       靳凯轶说：“由于这是一项新技术，生产设备工艺都是我们自行设计，设计好后委托设备生产厂家按图制作。但是一旦设备存在问题，厂家将不负任何责任，毕竟我们设计的是新东西，没有前车之鉴。价值近千万元，一旦出了问题损失可不是笔小数目。”

       经过一年多的实践，自称是“外行”的靳凯轶依托刘键教授的专利技术，通过科学研究试验，已经成功地掌握了国际最先进的纳米碳材料生产工艺技术，实现了规模化、产业化，并通过了中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所、天津市疾病预防控制中心安全性检测。“产品得到市场的广泛认可是我最大的欣慰，只要能打开市场，一切的辛苦根本不算什么。”靳凯轶说。

       目前，该公司已建成国内最大的纳米碳材料生产车间，年产纳米碳溶胶约8000吨、纳米碳粉100吨，实现年产值约7400万元，利税2975万元。所生产的纳米碳相关产品已同河南、河北、山东、云南、新疆签订常年销售协议，并与中国大型化肥企业云天化工、天脊集团建立了长期、稳定的战略合作关系，天脊集团还专门成立了天脊华农肥业有限公司。在实现产业化的同时，他们与中国钢铁研究总院联合，同中国烟草总公司、云南省农科院甘蔗研究所等科研所在产品开发、应用上建立起长期的技术合作联盟。预计项目2013年6月建成全部达产、达效后将实现年产值约8.2亿元，利税约3.03亿元，带动当地400余名劳动力就业。

       “高新技术企业的特点是高投入与高风险，但是，一旦占领了市场，将是高附加值、强竞争力。我们的产品现在主要运用在农业领域，并凭借较低的生产成本赢得了许多合作伙伴的青睐。不过，这不是我们的目的，下一步我们要成立一个国家级纳米研究中心，加大产品研发力度，提升产品应用性能，注重产品更新、升级，形成具有国际性的科研、生产、加工一条龙产业链，并不断开拓航空航天、医疗器械、化工军工等应用领域，瞄准前沿科技，把‘纳米’做大做强。”靳凯轶表示。

       世界农业的一场革命

       纳米技术“俯身”肥料领域好似一石激起千层浪，质疑声不绝于耳。但是，但凡见证了纳米碳的“神奇”之处后，大都如刘更另院士一样由“胡闹”来了个180度的大转变，成为其“铁杆”的支持者和推广应用者。刘更另院士断言：“纳米增效肥很可能是世界农业的一场革命！”

       2008年6月，中国科学院方荣祥院士在参观纳米碳增效肥小麦试验基地和蔬菜试验基地后，对纳米碳增效肥给予高度评价：“纳米碳增效肥对萝卜、茄子、青椒、番茄的长势有明显促进效果，对小麦产量增加有明显的作用。”

       2008年6月，中国农业大学原校长毛达如教授现场指导纳米碳增效肥小麦试验测产指出：“纳米碳增效肥节肥、减排、环保、增产、增效，为土肥资源的高效利用和中国农业的新发展开创了一条全新的思路。”

       2009年6月，“杂交水稻之父”袁隆平院士领导的“国家杂交水稻工程技术研究中心”在洞庭湖、鄱阳湖、江汉平原三大区域与北京华龙合作，展开杂交水稻规模性大田示范。袁隆平院士看到水稻施用纳米碳增效肥试验效果后，高兴地说：“纳米碳增效肥料肥效好！”

       2009年7月，原国家化工部总工程师、我国知名的化学肥料专家冯元琦，在试验基地小麦测产会上提出：“从最初人畜粪便制作的农家肥，到能大幅度提高作物单产的化学肥料，而今这种用纳米技术改良的纳米碳增效肥，可以看作是第三代肥料的雏形。”

       2009年7月，中国农科院原土肥所所长林葆在参观纳米碳增效肥高产水稻试验基地后说：“在该试验中可以看出 ‘纳米改性肥料’的增产效果，它在高产更高产中有一定的作用。”

       2009年12月19日，由国务院发展研究中心和黑龙江省农业科学院共同举办的“纳米技术与农业低碳经济”高级研讨会在北京召开。来自国家科技部、农业部、林业局、发改委等政府部门的多位领导，中国科学院、中国工程院的5位院士，以及多家科研单位的40余名教授、研究员参加了会议。会议针对纳米碳增效肥3年多来在全国多品种、多地域的增产节肥效果进行了总结，并对其增产节肥机理、安全性评价、产业化进程、意义与前景等进行了研究和探讨。纳米碳增效肥得到了与会人员的一致认同和高度评价。

       曲高并不和寡。

       2012年4月20日，一场“别开生面”的纳米碳增效肥成效展示现场会在素有“蔬菜城”之称的河北邯郸永年县举行。

       说它特别之处是因为它由经销商自发承办。今年春天，一位河北化肥经销商无意之中得知纳米碳增效肥后，自己联系货源，在永年县的蔬菜种植基地搞了黄瓜试验，结果令菜农一致看好“明年我还用，效果好，施肥也方便，价格也行”。这位经销商表示：“如果可能的话，我想做纳米碳增效肥河北地区的代理商。”

       专家震撼于效果，经销商们“蠢蠢欲动”又一个“发财良机”来到，农民则看到了致富奔小康的希望。

       靳凯轶说，目前推广新型肥料，虽不及20多年前推广化肥时那么难，但是新型肥料推广路上的关卡还是不少，新型肥料生产企业必须生产既能降低农民生产成本，又能提高作物产量的新型肥料。“纳米碳增效肥的推广比我想像的简单了不少，原因可能有三个，一是效果的确不错，二是低生产成本带来的产品价格相对较低，三是老百姓迫切地想增产致富。”

       科学家们预测：如果这一技术产品能在全世界范围得到推广，将使全球的温室气体排放量减少约60%，粮食增产10～20%，相当于地球耕地面积增加10～20%，极具远大的政治意义、战略意义和巨大的经济效益、社会效益、环境效益。

       目前，纳米碳增效肥系列产品已获得国家科技部等四部委联合颁发的“国家重点新产品”证书，以及国家和国际发明专利，并被列入国家“863”专项课题、国家“支撑计划”、多项国家和省部级重大科研课题，与其合作的科研机构或企业也由国内扩展到东南亚、南太平洋诸国如马来西亚、菲律宾、澳大利亚、斐济等。

       刘键对未来满怀信心：要用5到10年打造“华农”国际化企业和中国标准化企业，成为纳米碳全球最大供应商、纳米高新技术产业输出型企业。

       “纳米”不再陌生，也不再深奥，更不再遥远。

       倘若始祖神农有知，定会和我们一同迈步——

       走进纳米时代，创造人类未来！