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  為滿足植物精準(zhǔn)高效地吸收養(yǎng)分，能夠響應(yīng)土壤-植物系統(tǒng)養(yǎng)分需求信息，并主動調(diào)節(jié)養(yǎng)分供應(yīng)模式的智能型肥料，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植對化肥高質(zhì)量發(fā)展提出的新要求。在肥料養(yǎng)分形態(tài)、配方配伍科學(xué)，具備專用性和功能性的基礎(chǔ)上，智能肥料還必須能夠自主感知植物養(yǎng)分需求信息，并且能夠自主響應(yīng)供給植物礦質(zhì)養(yǎng)分。溫度是影響作物生長的關(guān)鍵環(huán)境因素，而且作物生長與養(yǎng)分吸收具有高度一致性。如果使用溫敏材料作為控釋膜材，則可以開發(fā)一種智能型控釋肥料：當(dāng)?shù)販厣叩侥骋婚撝担参镞M(jìn)入快速生長期，養(yǎng)分需求驟然增加；溫敏控釋膜材能夠準(zhǔn)確的感受到這一溫度閾值，材料理化性能也隨之改變，從而調(diào)控養(yǎng)分的釋放速率，響應(yīng)植物生長和養(yǎng)分需求。溫敏材料和肥料控釋技術(shù)的長足發(fā)展，為溫敏型智能肥料開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。擺在科研人員面前的難題是：如何突破環(huán)境響應(yīng)材料應(yīng)用于肥料控釋，開發(fā)具有實際應(yīng)用價值的智能肥料。

  近日, 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所肥料及施肥技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊研制開發(fā)出一種養(yǎng)分釋放與環(huán)境溫度響應(yīng)的溫敏性聚氨酯包膜肥料，實現(xiàn)了養(yǎng)分響應(yīng)溫度變化的智能釋放。該智能控釋肥料以具有溫敏特征的聚己內(nèi)酯二醇（PCL）為包膜材料，采用原位反應(yīng)法與二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）通過流化床反應(yīng)制備而成。此類新型智能控釋肥料的研制開發(fā)，可為實現(xiàn)肥料精準(zhǔn)釋放、提高肥料利用率、減肥增產(chǎn)提供理論依據(jù)，也為新型肥料的創(chuàng)制提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域的旗艦雜志《materials today》系列子刊、化學(xué)領(lǐng)域TOP期刊《materials today chemistry》上。 該研究將溫敏材料與控釋技術(shù)相結(jié)合，首次實現(xiàn)了肥料響應(yīng)溫度變化的智能控釋，具有產(chǎn)業(yè)開發(fā)和農(nóng)田應(yīng)用價值。該溫敏型智能肥料的制備思路，為肥料釋放更加精準(zhǔn)的智能肥料開發(fā)提供了借鑒。調(diào)整溫敏復(fù)合膜材的結(jié)晶峰，能夠開發(fā)適用于不同地區(qū)作物生長與地溫變化的溫敏性智能控釋肥料。為了實現(xiàn)2030年碳達(dá)峰目標(biāo)，中國正在推行新型綠色肥料研發(fā)計劃, 其中化肥精準(zhǔn)和智能化釋放，也是控釋肥料研發(fā)的新熱點。利用作物生長受到土壤溫度、pH值等環(huán)境因素的影響的特定關(guān)系，開發(fā)溫度、pH值響應(yīng)型的智能控釋肥料，可使控釋肥料養(yǎng)分釋放速率與環(huán)境因素變化相匹配，達(dá)到精準(zhǔn)釋放。

Figure 11 溫敏聚合物控制養(yǎng)分釋放的分子機制及響應(yīng)原理

  溫敏型聚氨酯（Temperature-sensitive polyurethane ，TSPU）是常見的溫敏聚合物，廣泛用于藥物遞送系統(tǒng)，控制藥物的釋放。而直接將其用于制備包膜控釋肥料，人為調(diào)控養(yǎng)分釋放速率的工作，目前還未見報道。本研究以廣泛用作溫敏聚氨酯原料、且可生物降解的聚己內(nèi)酯二醇（PCL）為包膜材料，以一定比例與聚丙二醇（PPG）復(fù)混，采用原位反應(yīng)法通過流化床制備出溫敏聚氨酯控釋包膜肥料（Fig.11-Ⅰ）。變溫實驗表明，此類溫敏性包膜控釋肥料養(yǎng)分釋放率在33℃發(fā)生突變，單位小時養(yǎng)分釋放率增加了22.3倍，與普通聚氨酯包膜控釋肥料相比養(yǎng)分釋放率增加了1.4倍，具有溫度敏感性；且控釋期可達(dá)到30天以上，符合控釋肥料ISO國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 18644）。PCL作為一種可生物降解材料，該智能溫敏包膜控釋肥料的創(chuàng)制為生物降解控釋肥料的開發(fā)提供了新的工藝方案。

  原文鏈接： https://authors.elsevier.com/a/1g3WS8nHhtHGun