近期，資源與環(huán)境學(xué)院楊越超教授團(tuán)隊(duì)在International Journal of Biological Macromolecules上發(fā)表了題為Development of multifunctional copper alginate and bio-polyurethane bilayer coated fertilizer: Controlled-release, selenium supply and antifungal的研究論文。論文的第一作者為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)馬曉曉博士，通訊作者為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張淑剛副教授和楊越超教授。

利用生物基材料進(jìn)行包膜的生物基控釋肥料具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、資源可再生的特點(diǎn)，已逐漸取代石油基控釋膜材，成為控釋肥料發(fā)展的重要方向。但目前生物基控釋肥仍存在控釋效果不穩(wěn)定、附加值低、缺乏功能型產(chǎn)品等問(wèn)題。因此，需要對(duì)生物基控釋膜材進(jìn)行改性，來(lái)增強(qiáng)其控釋特性，提高其功能附加值，生產(chǎn)功能型產(chǎn)品，擴(kuò)大其應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，楊越超教授團(tuán)隊(duì)制備了一種多功能雙層生物基包膜控釋肥，該肥料同時(shí)具備緩釋氮、硒和銅元素的能力。該肥料為以尿素作為肥料的核心，生物基聚氨酯作為內(nèi)涂層，藻酸鈉和銅離子形成水凝膠作為外涂層制備而來(lái)。此外，負(fù)載硒酸鈉的介孔二氧化硅納米顆粒被用于修飾海藻酸鈉水凝膠(MSN@Se水凝膠）。

圖1. 功性型雙層生物基包膜控釋肥的創(chuàng)制

相較于未改性的生物基包膜肥料，功能型雙層生物基包膜控釋肥的養(yǎng)分釋放周期遠(yuǎn)優(yōu)于普通尿素和單層生物基聚氨酯包膜控釋肥料。該生物基控釋膜材通過(guò)氫鍵與水凝膠結(jié)合，這種結(jié)合過(guò)程減緩了水進(jìn)入內(nèi)涂層的速度,增加了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散距離，從而延長(zhǎng)了氮釋放時(shí)間。無(wú)機(jī)硒酸鈉負(fù)載在MSN中并封裝到海藻酸鈉水凝膠網(wǎng)絡(luò)中作為外涂層時(shí)，由于MSN表面的介孔結(jié)構(gòu)和帶正電荷的基團(tuán)可以吸附帶負(fù)電荷的硒酸鹽，從而減緩了硒的釋放。銅離子通過(guò)與藻酸鈉交聯(lián)形成水凝膠。該肥料外層的銅離子從藻酸鈉水凝膠中緩慢釋放，有效地延緩了銅的釋放。

功能型雙層生物基包膜控釋肥顯著提高了櫻桃蘿卜的產(chǎn)量、硒濃度和原花青素。如圖所示，與對(duì)照相比，施用新型肥料處理的果實(shí)產(chǎn)量分別提高了170.3%和69.9%，硒濃度分別提高了201.5%和194.1%。其硒利用率是普通肥料的四倍，同時(shí)促進(jìn)了櫻桃蘿卜中原花青素的積累。

功能型雙層生物基包膜控釋肥的應(yīng)用可以減少土傳真菌病對(duì)櫻桃蘿卜的感染，有利于櫻桃蘿卜的生長(zhǎng)和產(chǎn)量積累。由于交聯(lián)作用，控釋肥料外層的銅離子從藻酸鈉水凝膠中緩慢釋放。銅離子的緩慢釋放使肥料具有持續(xù)的抗真菌能力，在整個(gè)生長(zhǎng)期有效地防止了土壤中真菌疾病的感染，使植物能夠健康生長(zhǎng)。

圖2. DCRF的控釋、硒供應(yīng)和抗真菌性能示意圖

本研究制備了一種功能型雙層生物基包膜控釋肥料。該肥料具備緩釋氮、硒和銅元素的功能，可為作物持續(xù)提供硒元素，同時(shí)可抑制細(xì)菌和真菌。這種功能型包膜控釋肥料在擴(kuò)大控釋肥的使用以促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面具有巨大潛力，為功能型包膜控釋肥料的可持續(xù)發(fā)展提供了廣闊前景。

該研究得到了中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省重大科技創(chuàng)新工程、山東省自然科學(xué)基金的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.10.121

編      輯：萬(wàn)    千 

審      核：賈    波