近期，资源与环境学院杨越超教授团队在International Journal of Biological Macromolecules上发表了题为Development of multifunctional copper alginate and bio-polyurethane bilayer coated fertilizer: Controlled-release, selenium supply and antifungal的研究论文。论文的第一作者为10大信誉菠菜担保平台马晓晓博士，通讯作者为10大信誉菠菜担保平台张淑刚副教授和杨越超教授。
利用生物基材料进行包膜的生物基控释肥料具有经济、环保、资源可再生的特点，已逐渐取代石油基控释膜材，成为控释肥料发展的重要方向。但目前生物基控释肥仍存在控释效果不稳定、附加值低、缺乏功能型产品等问题。因此，需要对生物基控释膜材进行改性，来增强其控释特性，提高其功能附加值，生产功能型产品，扩大其应用。
针对上述问题，杨越超教授团队制备了一种多功能双层生物基包膜控释肥，该肥料同时具备缓释氮、硒和铜元素的能力。该肥料为以尿素作为肥料的核心，生物基聚氨酯作为内涂层，藻酸钠和铜离子形成水凝胶作为外涂层制备而来。此外，负载硒酸钠的介孔二氧化硅纳米颗粒被用于修饰海藻酸钠水凝胶(MSN@Se水凝胶）。
图1. 功性型双层生物基包膜控释肥的创制
相较于未改性的生物基包膜肥料，功能型双层生物基包膜控释肥的养分释放周期远优于普通尿素和单层生物基聚氨酯包膜控释肥料。该生物基控释膜材通过氢键与水凝胶结合，这种结合过程减缓了水进入内涂层的速度,增加了营养物质的扩散距离，从而延长了氮释放时间。无机硒酸钠负载在MSN中并封装到海藻酸钠水凝胶网络中作为外涂层时，由于MSN表面的介孔结构和带正电荷的基团可以吸附带负电荷的硒酸盐，从而减缓了硒的释放。铜离子通过与藻酸钠交联形成水凝胶。该肥料外层的铜离子从藻酸钠水凝胶中缓慢释放，有效地延缓了铜的释放。
功能型双层生物基包膜控释肥显著提高了樱桃萝卜的产量、硒浓度和原花青素。如图所示，与对照相比，施用新型肥料处理的果实产量分别提高了170.3%和69.9%，硒浓度分别提高了201.5%和194.1%。其硒利用率是普通肥料的四倍，同时促进了樱桃萝卜中原花青素的积累。
功能型双层生物基包膜控释肥的应用可以减少土传真菌病对樱桃萝卜的感染，有利于樱桃萝卜的生长和产量积累。由于交联作用，控释肥料外层的铜离子从藻酸钠水凝胶中缓慢释放。铜离子的缓慢释放使肥料具有持续的抗真菌能力，在整个生长期有效地防止了土壤中真菌疾病的感染，使植物能够健康生长。
图2. DCRF的控释、硒供应和抗真菌性能示意图
本研究制备了一种功能型双层生物基包膜控释肥料。该肥料具备缓释氮、硒和铜元素的功能，可为作物持续提供硒元素，同时可抑制细菌和真菌。这种功能型包膜控释肥料在扩大控释肥的使用以促进农业可持续发展方面具有巨大潜力，为功能型包膜控释肥料的可持续发展提供了广阔前景。
该研究得到了中国科协青年人才托举工程、国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程、山东省自然科学基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.10.121
编 辑：万 千
审 核：贾 波
