刘楚豪，山东农业大学农业资源与环境专业本科生，参与srt项目为项目做出贡献，取得荣获“力博杯”第二届泰安高新区区大赛第四名、第六届山东省“互联网+”校级优秀奖、第十二届“挑战杯”山东省银奖、第七届山东省“大学生科技创新大赛”三等奖等奖项。

杨越超教授，长期从事新型肥料的研发与应用。

万人计划、泰山产业领军人才、山东省突贡专家、农业产业创新技术体系岗位专家，山东省优秀发明家、美国佛罗里达大学客座教授。

获得国家科技进步二等奖 1 项（第 4 位）、山东省科技进步一等奖 2项（第 1 位、第 4 位），中国发明专利优秀奖 2 项（第 1 位）。

团队成员在项目实施过程中，试验技术路线设计思路清晰，方法科学合理，通过调研找出了行业目前所面临的问题。希望负责人对待工作积极努力，任劳任怨，敢于担当，真正的发挥负责人的作用，对项目的完成起到关键作用。也希望团队中的其他成员，工作认真，积极努力，发挥各自特长，出色完成了自己承担的任务，与负责人一起，发挥团队作用，促进了项目高质量的完成。

陈士更，现任农大肥业土壤生态研究院副院长、山东省腐植酸高效利用示范工程技术研究中心副主任。10 余年来，与公司研发团队先后开发出作物专用活性腐植酸缓控释肥 20 余种，其中，活性腐植酸复混肥一体化生产技术达到了国际先进水平。在陈士更的带领下，农大肥业先后组建了国家企业技术中心、农业部腐植酸类肥料重点实验室、山东省腐植酸高效利用示范工程技术研究中心等 10 余个国家、省、市级科研平台，对促进企业科研水平提升，引领行业科技创新，带动经济社会发展做出了突出贡献。

国内外近几年针对生物基包膜控释肥进行了大量的研究，利用来源广泛、价格低廉的纤维素类、植物油类、淀粉类等生物材料作为控释肥的膜材，并利用多种改性手段对其改性，提高其控释效果。尽管这些研究极大提高了生物基包膜控释肥的养分控释特性，但是由于生物基材料致密性差，孔隙多，因此无法精准调控肥料的养分释放与作物的养分吸收相协调，同时，目前的研究仅关注残留膜壳的降解能力，生物基控释肥的包膜材料使用后废弃，降解过程中容易产生微塑料等有害物质，无法回收，造成了资源的浪费、成本的增加，危害人体健康。

本项目研发一种涂层可回收的自修复生物基包膜控释肥，可以自发调节膜壳的孔隙来改变养分释放速率，最终达到肥料养分释放与农作物的养分吸收相协调，可以对残留的肥料膜壳进行回收并重复利用。这种新型的生物基包膜控释肥的开发将促进我国控释肥料产业的转型升级和未来农业的绿色可持续发展。

（一）研究目标

化肥是农业生产活动中最基本也是最重要的投入物质之一，在我国每年有大量的化肥被应用到农业生产中，极大提高了土壤肥力和作物产量。但是其不合理的施用方式和较低的养分利用率不仅会浪费更多的肥料资源，也会造成土壤退化和环境污染等一系列问题。

通过在化肥表面包裹一层高分子防水聚合物膜制备而成的缓控释肥是实现化肥提质增效的重要技术途径。其机理是养分透过膜壳上的微孔缓慢、不间断的扩散释放到外界，能够提高肥料利用率，省工省时。但是目前市场上的缓控释肥膜材大多来自于石化产品，存在着成本高、资源不可再生、难降解等问题，制约了行业的可持续发展，近年来发展的低成本、资源可再生的生物基材料包膜控释肥有望改善上述问题，但是仍然存在控释效果差的问题。

国内外近几年针对生物基包膜控释肥进行了大量的研究，利用来源广泛、价格低廉的纤维素类、植物油类、淀粉类等生物材料作为控释肥的膜材，并利用多种改性手段对其改性，提高其控释效果。尽管这些研究极大提高了生物基包膜控释肥的养分控释特性，但是由于生物基材料致密性差，孔隙多，因此无法精准调控肥料的养分释放与作物的养分吸收相协调，同时，目前的研究仅关注残留膜壳的降解能力，生物基控释肥的包膜材料使用后废弃，降解过程中容易产生微塑料等有害物质，无法回收，造成了资源的浪费、成本的增加，危害人体健康。

本项目旨在研发一种涂层可回收的自修复生物基包膜控释肥，可以自发调节膜壳的孔隙来改变养分释放速率，最终达到肥料养分释放与农作物的养分吸收相协调；可以对残留的肥料膜壳进行回收并重复利用。这种新型的生物基包膜控释肥的开发将促进我国控释肥料产业的转型升级和未来农业的绿色可持续发展。

        （二）研究过程

图1 涂层可回收的自修复生物基包膜控释肥技术路线

（1）研究内容

       利用大豆油、蓖麻油、秸秆液化物等作为生物包膜原材料，对其进行液化得到了多羟基化合物，然后和异氰酸酯反应制备得到了生物基包膜材料，利用磁性微球对生物基膜材进行改性，包覆到肥料核心表面制备得到了涂层可回收的自修复生物基包膜控释肥。

图2 涂层可回收的自修复生物基包膜控释肥制备流程

（2）主要技术

一是精准调控技术。发明了自修复精准调控技术。添加的磁性微球可以提高生物基膜材的致密性，其释放的修复剂可以反应生成含有动态键的堵孔物质自发修复膜壳上的空隙，提高了生物基膜材的养分控释能力。通过调节修复孔隙的速率和数量，可以精准调控养分释放与作物吸收相协调。针对不同作物，可以研发出不同的作物专用生物基包膜控释肥，使养分释放与作物的吸收规律相吻合，可以有效提高养分利用率，降低化肥用量和施用次数，省工省时，节约成本。

图3自修复机理

图4 精准调控机理

二是磁性回收技术。添加的磁性微球赋予生物基涂层磁性，耕地时在旋耕犁上外加磁体能够利用磁性作用轻松的回收残留在土壤中肥料膜壳。修复剂生成的含有动态键的堵孔物质赋予了膜壳分子间良好的流动性，回收的膜壳可以通过简单的清洗、干燥、热解成包膜液或者其他用途的生物基树脂产品重新利用。

图4磁性回收再利用示意图

（三）研究成果

自项目立项以来，团队成员发奋努力，在老师及多位师兄师姐的指导下完成以下工作：

1.我们团队利用农作物秸秆等生物基材料制备膜材，实现膜材的绿色环保、低成本，解决了缓控释肥膜材成本高且资源不可再生的问题。

2.我们明确了生物基膜材养分释放机理，突破了自修复关键改性技术，解决了养分无法精准调控的问题。

3.我们创新了磁性回收残留膜壳技术，实现了残留膜壳的回收再利用，减少了资源的浪费，进一步降低了成本，与国家绿色发展、循环发展、低碳发展的政策要求高度契合。

4.最终我们项目研发了一种涂层可回收的自修复生物基包膜控释肥，可以自发调节膜壳的孔隙来改变养分释放速率，最终达到肥料养分释放与农作物的养分吸收相协调；可以对残留的肥料膜壳进行回收并重复利用。

目前达到的效果：

（一）利用农作物秸秆等生物基材料制备膜材，实现膜材的绿色环保、低成本，解决了缓控释肥膜材成本高且资源不可再生的问题。

（二）明确了生物基膜材养分释放机理，突破了自修复关键改性技术，解决了养分无法精准调控的问题。

（三）创新了磁性回收残留膜壳技术，实现了残留膜壳的回收再利用，减少了资源的浪费，进一步降低了成本。

同时在研究过程中项目着许多存在问题，但最终都得到解决:

1、传统缓控释肥存在包膜材料价格高，难降解，对石化资源依赖性强等问题，严重制约了该行业的可持续发展。

解决方法:我们将农作物秸秆、植物油等生物材料改性，制备出多羟基化合物，与异氰酸酯反应生成绿色的生物基膜材。

2、生物基控释肥的包膜材料使用后废弃，无法回收，造成了资源的浪费和成本的增加。

解决方法: 我们利用磁性回收残留在土壤中的肥料膜壳，自修复过程中产生的动态键赋予膜壳分子间良好的流动性，可以重复利用。

3、在肥料生产初始阶段，肥料变肥料，造成大量肥料失败

解决方法:将废料过机转变成普通复合肥进行出售

4、生物基材料致密性差，孔隙多，养分释放迅速，无法精准调控肥料的养分释放与作物的养分吸收相协调。

解决方法:我们发明了自修复精准调控技术，提高了生物基膜材的养分控释能力，使膜材的养分释放与作物吸收相协调。

（四）研究心得

团队研发了一种涂层可回收的自修复生物基包膜控释肥，为了促进我国肥料产业转型升级和未来农业的绿色可持续发展。我们最大的创新就是利用农作物秸秆等生物基材料制备膜材，实现膜材的 绿色环保、低成本，解决了缓控释肥膜材成本高且资源不可再生的问题。同时根据生物基膜材养分释放机理，突破了自修复关键改性技术，解决了养分无法精准调控的问题。创新了磁性回收残留膜壳技术，实现了残留膜壳的回收再利用，减少了资源的浪费，进一步降低了成本,与国家绿色发展、循环发展、低碳发展的政策要求高度契合，是国家“十二五”、“十三五”和“中长期发展纲要”等相关政策重点支持的领域，因此本项目施用范围广泛，发展前景明朗。

一是精准调控技术。发明了自修复精准调控技术。添加的磁性微球可以提高生物基膜材的致密性，其释放的修复剂可以反应生成含有动态键的堵孔物质自发修复膜壳上的空隙，提高了生物基膜材的养分控释能力。通过调节修复孔隙的速率和数量，可以精准调控养分释放与作物吸收相协调。针对不同作物，可以研发出不同的作物专用生物基包膜控释肥，使养分释放与作物的吸收规律相吻合，可以有效提高养分利用率，降低化肥用量和施用次数，省工省时，节约成本。

该项目在控释肥方面具有创新性，团队成员可以认真完成各种工作，可以把专业基本知识、单项技术与创业精神教育相结合，共同作用于专业领域的创业，建议审核通过。