为满足植物精准高效地吸收养分，能够响应土壤-植物系统养分需求信息，并主动调节养分供应模式的智能型肥料，是现代农业种植对化肥高质量发展提出的新要求。在肥料养分形态、配方配伍科学，具备专用性和功能性的基础上，智能肥料还必须能够自主感知植物养分需求信息，并且能够自主响应供给植物矿质养分。温度是影响作物生长的关键环境因素，而且作物生长与养分吸收具有高度一致性。如果使用温敏材料作为控释膜材，则可以开发一种智能型控释肥料：当地温升高到某一阈值，植物进入快速生长期，养分需求骤然增加；温敏控释膜材能够准确的感受到这一温度阈值，材料理化性能也随之改变，从而调控养分的释放速率，响应植物生长和养分需求。温敏材料和肥料控释技术的长足发展，为温敏型智能肥料开发奠定了基础。摆在科研人员面前的难题是：如何突破环境响应材料应用于肥料控释，开发具有实际应用价值的智能肥料。
近日, 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所肥料及施肥技术创新团队研制开发出一种养分释放与环境温度响应的温敏性聚氨酯包膜肥料，实现了养分响应温度变化的智能释放。该智能控释肥料以具有温敏特征的聚己内酯二醇（PCL）为包膜材料，采用原位反应法与二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）通过流化床反应制备而成。此类新型智能控释肥料的研制开发，可为实现肥料精准释放、提高肥料利用率、减肥增产提供理论依据，也为新型肥料的创制提供了新思路。相关研究成果发表在材料科学领域的旗舰杂志《materials today》系列子刊、化学领域TOP期刊《materials today chemistry》上。该研究将温敏材料与控释技术相结合，首次实现了肥料响应温度变化的智能控释，具有产业开发和农田应用价值。该温敏型智能肥料的制备思路，为肥料释放更加精准的智能肥料开发提供了借鉴。调整温敏复合膜材的结晶峰，能够开发适用于不同地区作物生长与地温变化的温敏性智能控释肥料。为了实现2030年碳达峰目标，中国正在推行新型绿色肥料研发计划, 其中化肥精准和智能化释放，也是控释肥料研发的新热点。利用作物生长受到土壤温度、pH值等环境因素的影响的特定关系，开发温度、pH值响应型的智能控释肥料，可使控释肥料养分释放速率与环境因素变化相匹配，达到精准释放。
Figure 11 温敏聚合物控制养分释放的分子机制及响应原理
温敏型聚氨酯（Temperature-sensitive polyurethane ，TSPU）是常见的温敏聚合物，广泛用于药物递送系统，控制药物的释放。而直接将其用于制备包膜控释肥料，人为调控养分释放速率的工作，目前还未见报道。本研究以广泛用作温敏聚氨酯原料、且可生物降解的聚己内酯二醇（PCL）为包膜材料，以一定比例与聚丙二醇（PPG）复混，采用原位反应法通过流化床制备出温敏聚氨酯控释包膜肥料（Fig.11-Ⅰ）。变温实验表明，此类温敏性包膜控释肥料养分释放率在33℃发生突变，单位小时养分释放率增加了22.3倍，与普通聚氨酯包膜控释肥料相比养分释放率增加了1.4倍，具有温度敏感性；且控释期可达到30天以上，符合控释肥料ISO国际标准（ISO 18644）。PCL作为一种可生物降解材料，该智能温敏包膜控释肥料的创制为生物降解控释肥料的开发提供了新的工艺方案。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所硕士研究生乔丹与李娟副研究员为该文共同第一作者，资源区划所杨相东副研究员与张树清研究员为该文通讯作者，该研究得到了国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目资助。
原文链接：
https://authors.elsevier.com/a/1g3WS8nHhtHGun
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