近期，中科院合肥研究院固体所纳米材料与器件技术研究部环境与能源纳米材料中心团队利用纳米材料的表面粗糙度工程，成功地将海胆状纳米二氧化硅空心球作为一种新型载体来提高叶面氮肥在作物叶面上的粘附能力，有效提升了叶面氮肥的利用率。相关成果以“Improving utilization rate of foliar nitrogen fertilizer by surface roughness engineering of silica sphere”为题发表在环境领域专业期刊Environmental Science: Nano（Environ. Sci.: Nano 2020, 7, 3526-3535）上。

肥料在农业生产中起着重要作用。据统计，20世纪化肥对粮食总产量的贡献率约为33%。氮肥作为最重要的无机肥料，在农业生产中被广泛使用，但滥用氮肥所造成的环境污染问题也是所有肥料中最为严重的。为了减少土壤污染、提高氮肥利用率，科学家们提出使用叶面氮肥(FNF)替代传统的土壤施肥。然而由于作物叶面固有的荷叶效应，大多数FNF会在喷洒过程中从叶面滑落，或者经雨水冲刷排放到土壤环境中，造成利用率低下、土壤污染严重等问题。因此迫切需要开发一种新型的FNF载体材料，可以有效附着在作物疏水的叶面上，从而提高氮肥利用率，减少氮肥对土壤的污染问题。

为此，固体所科研人员设计了三种表面粗糙度不同的环境友好型硅载体材料用于负载传统FNF，并成功制备了三种表面粗糙度不同的叶面氮肥。同时，系统研究了三种表面粗糙度不同叶面氮肥在作物叶片表面的粘附能力，探究了玉米幼苗生长过程中对不同叶面氮肥中氮素的利用效率。结果表明，三种新型叶面氮肥对作物叶面的附着率均高于传统FNF。与传统FNF相比，海胆状纳米二氧化硅叶面氮肥在花生叶面和玉米叶面的粘附能力分别提高了5.9倍和2.2倍，在玉米幼苗的生长过程中氮素的有效利用率提高了2.29倍。此外，通过接触角测量、微观结构分析以及硅球与作物叶面相互作用力的计算，对基于硅球表面粗糙度工程提高叶面氮肥在作物叶面的附着能力进行了深入的探究。本文的研究将为利用纳米材料表面粗糙度工程开发新一代叶面肥料提供参考。

以上研究得到了国家自然科学基金等项目资助。

文章链接： https://doi.org/10.1039/D0EN00686F