近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所资源创新中心汪国忠研究员团队在农用化学品高效叶面递送方面取得新进展。研究团队提出了一种“即时铺展—长效滞留”协同调控策略，通过将表面活性剂介导的液滴界面调控与花粉状二氧化硅纳米颗粒的拓扑互锁相结合，构建了高效水稻叶面氮肥递送体系，实现肥料在叶面的高效沉积与持久滞留，为提高农用化学品利用效率、减少农用化学品投入提供了新的材料设计思路。相关研究成果以“Adaptive Droplet—Foliar Pinning and Topological Interlocking Synergistically Enhance Nanoagrochemical Delivery”为题发表在Environmental Science & Technology (Environ. Sci. Technol. (2026) 60 (32): 22437–22453)。
农用化学品对粮食生产具有重要意义，其中肥料对维持作物产量和品质至关重要。但传统土壤施肥过程中，养分易通过挥发、淋溶和径流等途径损失。叶面施肥能够将营养元素直接输送至作物叶片，是提高养分利用效率的重要途径。然而，水稻叶片表面具有明显的蜡质层和微纳结构，表现出较强的疏水性，肥液喷施后容易发生回缩和反弹；同时，沉积于叶面的肥料还容易受到雨水冲刷，从而限制其实际利用效率。因此，如何兼顾肥液的初始沉积与施用后的长效滞留，是提升水稻叶面施肥效率的关键。
基于此，研究团队设计制备了表面粗糙的二氧化硅纳米颗粒，负载氮肥后，施肥时在肥料体系中引入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS），构建了硅基叶面氮肥（PSN0.2）。与传统单一改善润湿或增强附着的策略不同，该肥料从肥液喷施的两个阶段发挥作用，实现叶面肥料“铺得开、留得住”。
在肥液喷施过程中，表面活性剂将肥液表面张力由68.29 mN/m降至约30 mN/m，使叶面接触角由约120°降至50.2°，显著改善肥液对疏水性水稻叶面的润湿性，促进液滴铺展。叶面微纳结构更易嵌入液滴中，并通过钉扎作用抑制液滴回缩与反弹，为纳米氮肥在叶面均匀分布创造有利条件。随着液滴逐渐蒸发，二氧化硅的粗糙刺状结构与叶面微结构形成拓扑互锁，进一步增强肥料的附着。经两轮模拟降雨冲刷后，PSN0.2的叶面氮肥留存率仍达71.33%，留存量达到8.09 μg/cm2，较传统叶面氮肥提高547%，显著提升了抗雨水冲刷能力，实现了从“即时铺展”到“长效滞留”的协同调控。
该研究从水稻叶面施肥过程中的实际界面问题出发，将液滴界面调控与纳米载体结构设计相结合，实现了从液滴铺展、稳定沉积到长效滞留的协同调控，为提高水稻叶面农用化学品递送、减少农用化学品投入及推动农业绿色生产提供了新的技术思路。
固体所博士生李龙为论文第一作者，李文超博士后和汪国忠研究员为论文通讯作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中国博士后科学基金博士后资助计划、中国科学院合肥物质科学研究院院长基金等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c09524
图1. 纳米农用化学品在水稻叶面的附着能力。
图2. 纳米肥料的施用效果。
图3. 叶面附着机理图。
