改性植物源材料包膜缓控释肥的创制与应用
完成单位：山东农业大学、山东农大肥业科技有限公司、金正大生态工程集团股份有限公司
完成人员：杨越超、马学文、程冬冬、陈剑秋、马强、胡斌、张民、刘之广、徐洋、解加卓、申天琳、王淳
获奖情况：山东省科技进步一等奖
项目简介：缓控释肥是国家鼓励发展的新型肥料，已成为化肥减施增效、减少面源污染的有效途径。植物源膜材代替石化类膜材是国内外缓控释肥发展的必然趋势，但植物源材料包膜缓控释肥的研发与应用存在以下问题：一是成膜机理不清、膜材改性技术缺乏，二是传统滴流式包膜工艺落后及装备包膜不匀、膜材浪费严重，三是区域性作物专用产品及高效施用技术研究较少。针对上述问题，课题组在国家科技支撑计划等项目支持下，历经十余年攻关，创制了一系列改性植物源材料包膜缓控释肥产品，使我国跃居该研发领域的国际领先水平，取得以下创新：
1. 揭示了基于植物源材料创制的生物基聚氨酯膜材成膜机理，并提出了3 项膜材改性技术，为植物源膜材的高效利用奠定了基础。研究明确了秸秆（纤维素类材料）、回收植物油等通过液化或醇化后制备出多羟基化合物，与异氰酸酯反应，生成生物基聚氨酯膜材的成膜机理，为生物基缓控释膜材的创制提供了理论依据；创新了在植物源膜材表面嫁接疏水有机硅化合物或纳米材料的技术，制备出超疏水生物基膜材，延长了养分控释期，进一步揭示了超疏水及养分控释机理；研发了高分子“网络互穿”改性技术，制备了“高致密”生物基控释膜，提高了其控释质量；明确了膜材缺乏韧性是导致其易破裂的主要因素，研发了“膜材增韧”改性技术，制备了高弹性生物基控释膜，有效防止了膜壳破裂。上述研究为提高植物源膜材的养分控释质量提供了理论与技术支撑。
2. 发明了肥料颗粒表面优化、植物源膜材的高效雾化包膜技术，研制了相应装备，创建了连续、自动、精准化生产线。发明了“以喷涂熔融尿素为底涂层的肥料表面处理技术”，节省膜材30%；创新了高粘膜材高效雾化的包膜技术，包膜均匀度提高2倍以上，颗粒粘连率由3%降低到0.2%；创建了连续、自动、精准化的生产线，生产效率提升20%以上，综合能耗降低20%。
3. 创制了纤维素和回收植物油两类改性植物源材料包膜缓控释肥，研发了系列区域作物专用肥及其施用方法，推动了新产品的大面积应用。发明了以改性纤维素和回收植物油为主要膜材的两类包膜缓控释肥，实现了生物基膜材替代石化类膜材的技术飞跃；开发了与区域作物需肥规律相匹配的专用肥料产品，提出了其高效施用技术；制定了区域作物专用缓控释肥料推荐施用方法及田间肥效评价技术规程，为科学合理施肥及其评价提供了科学依据。
项目获授权发明专利15项，实用新型专利3项、中国专利优秀奖1项、软件著作权4项，发表论文57篇，SCI 收录29篇；制定行业标准3项、山东省地方标准1项、山东省农业技术规程3项，获得农业部缓释肥登记证2个，山东省缓释掺混肥登记证39个。近三年累计生产改性植物源材料包膜缓控释肥产品69万吨，配成作物专用缓释掺混肥286万吨，新增经济效益70.6亿元，在全国多种作物上累计推广7150万亩，节本增效85.8亿元，有力推动了新型肥料的产业技术进步，经济、社会和生态效益显著。