近期，中科院合肥研究院固體所納米材料與器件技術(shù)研究部環(huán)境與能源納米材料中心團(tuán)隊利用納米材料表面粗糙度工程，成功地將海膽狀納米二氧化硅空心球作為一種新型載體，來提高葉面氮肥在作物葉面上的粘附能力，有效提升了葉面氮肥利用率。相關(guān)成果以“Improving utilization rate of foliar nitrogen fertilizer by surface roughness engineering of silica sphere”為題發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊Environmental Science: Nano上。 

　　肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用。據(jù)統(tǒng)計，20世紀(jì)化肥對糧食總產(chǎn)量貢獻(xiàn)率約為33%。氮肥作為最重要的無機(jī)肥料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，但濫用氮肥所造成的環(huán)境污染問題也是所有肥料中最為嚴(yán)重的。為了減少土壤污染、提高氮肥利用率，科學(xué)家們提出使用葉面氮肥(FNF)替代傳統(tǒng)的土壤施肥。然而由于作物葉面荷葉效應(yīng)，大多數(shù)FNF會在噴灑過程中從葉面滑落，或者經(jīng)雨水沖刷排放到土壤環(huán)境中，造成利用率低下、土壤污染嚴(yán)重等問題。因此迫切需要開發(fā)一種新型FNF載體材料，可以有效附著在作物疏水的葉面上，從而提高氮肥利用率，減少氮肥對土壤的污染問題。 

　　為此，固體所科研人員設(shè)計了三種表面粗糙度不同的環(huán)境友好型硅載體材料用于負(fù)載傳統(tǒng)FNF，并成功制備了三種表面粗糙度不同的葉面氮肥。系統(tǒng)研究了三種表面粗糙度不同葉面氮肥在作物葉片表面的粘附能力，探究了玉米幼苗生長過程中對不同葉面氮肥中氮素的利用效率。結(jié)果表明，三種新型葉面氮肥對作物葉面的附著率均高于傳統(tǒng)FNF。與傳統(tǒng)FNF相比，海膽狀納米二氧化硅葉面氮肥在花生葉面和玉米葉面的粘附能力分別提高了5.9倍和2.2倍，在玉米幼苗生長過程中氮素有效利用率提高2.29倍。此外，通過接觸角測量、微觀結(jié)構(gòu)分析以及硅球與作物葉面相互作用力的計算，對基于硅球表面粗糙度工程提高葉面氮肥在作物葉面的附著能力進(jìn)行了深入的探究。本文的研究將為利用納米材料表面粗糙度工程開發(fā)新一代葉面肥料提供參考。 

　　以上研究得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。 

　　文章鏈接： https://doi.org/10.1039/D0EN00686F