近期，資源與環境學院楊越超教授團隊在International Journal of Biological Macromolecules上發表了題為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業大學馬曉曉博士，通訊作者為山東農業大學張淑剛副教授和楊越超教授。

利用生物基材料進行包膜的生物基控釋肥料具有經濟、環保、資源可再生的特點，已逐漸取代石油基控釋膜材，成為控釋肥料發展的重要方向。但目前生物基控釋肥仍存在控釋效果不穩定、附加值低、缺乏功能型產品等問題。因此，需要對生物基控釋膜材進行改性，來增強其控釋特性，提高其功能附加值，生產功能型產品，擴大其應用。

針對上述問題，楊越超教授團隊制備了一種多功能雙層生物基包膜控釋肥，該肥料同時具備緩釋氮、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涂層，藻酸鈉和銅離子形成水凝膠作為外涂層制備而來。此外，負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分釋放周期遠優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氫鍵與水凝膠結合，這種結合過程減緩了水進入內涂層的速度,增加了營養物質的擴散距離，從而延長了氮釋放時間。無機硒酸鈉負載在MSN中并封裝到海藻酸鈉水凝膠網絡中作為外涂層時，由于MSN表面的介孔結構和帶正電荷的基團可以吸附帶負電荷的硒酸鹽，從而減緩了硒的釋放。銅離子通過與藻酸鈉交聯形成水凝膠。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量、硒濃度和原花青素。如圖所示，與對照相比，施用新型肥料處理的果實產量分別提高了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，同時促進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用可以減少土傳真菌病對櫻桃蘿卜的感染，有利于櫻桃蘿卜的生長和產量積累。由于交聯作用，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的抗真菌能力，在整個生長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。

圖2. DCRF的控釋、硒供應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，可為作物持續提供硒元素，同時可抑制細菌和真菌。這種功能型包膜控釋肥料在擴大控釋肥的使用以促進農業可持續發展方面具有巨大潛力，為功能型包膜控釋肥料的可持續發展提供了廣闊前景。

該研究得到了中國科協青年人才托舉工程、國家自然科學基金、山東省重大科技創新工程、山東省自然科學基金的資助。

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

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波