壳聚糖改性脲醛双功能肥料用于土壤修复及氮素缓慢持续释放

土壤面临重金属（HMs）污染与养分供给问题，传统修复技术成本高、操作复杂。研究人员开发壳聚糖改性脲醛（CSUF）凝胶珠，其对 Cd2+、Cu2+、Cr6+吸附量分别达 49.8、6.63、40 mg/g，可高效修复土壤并缓释氮，促进植物生长，具农业应用潜力。

　　

在农业发展的版图上，土壤如同孕育生命的基石，默默承载着作物生长的希望。然而，工业进程的加速却给这片基石蒙上了阴影 —— 土壤重金属（HMs）污染如潜伏的杀手，不仅破坏生态平衡，更通过食物链威胁食品安全。与此同时，传统化肥的大量使用导致氮素利用率低下，资源浪费与环境污染的双重困境，让农业的可持续发展之路举步维艰。如何在同一种材料中实现重金属修复与养分缓释的双重使命，成为科研人员亟待攻克的难题。

为突破这一瓶颈，四川大学的研究团队开展了一项极具创新性的研究。他们将目光聚焦于天然高分子壳聚糖（CS）与脲醛树脂（UF）的结合，成功开发出具有三维结构的壳聚糖改性脲醛（CSUF）凝胶珠。这项发表在《Environmental Research》上的研究，为解决土壤污染与养分管理的双重挑战提供了全新思路。

研究人员主要采用了吸附实验、氮素释放测试和植物生长实验等技术方法。通过批量吸附实验探究 CSUF 对 Cd²⁺、Cu²⁺、Cr⁶⁺的吸附性能，利用土壤培养实验监测氮素释放规律，并以绿豆芽为模型开展植物毒性实验，评估 CSUF 对重金属胁迫的缓解效果。

三维结构构建与吸附性能

CSUF 通过壳聚糖引入的交联作用形成三维网络结构，其吸附机制主要为多层化学吸附。实验数据显示，在 pH 5 和 298 K 条件下，CSUF 对 Cd²⁺、Cu²⁺、Cr⁶⁺的最大吸附容量分别达到 49.8 mg/g、6.63 mg/g 和 40 mg/g。这种高效吸附能力源于壳聚糖分子中丰富的 - NH₂、-OH 等螯合基团与重金属离子的离子键和配位键作用。

土壤修复与氮素缓释的双重功效

在土壤修复实验中，CSUF 在 10 天内对土壤中 Cd²⁺、Cu²⁺、Cr⁶⁺的去除率分别达 86%、93.28% 和 91.32%，同时释放 40% 的氮素。值得关注的是，被吸附的重金属离子未发生二次释放，而氮素释放过程可持续 15 天，展现出稳定的缓释特性。这种 “修复 - 供氮” 的协同效应，为解决污染土壤的肥力维持问题提供了新方案。

植物生长促进与重金属胁迫缓解

植物生长实验表明，CSUF 显著促进绿豆芽的生长，其鲜重和干重分别增加 47.83% 和 33.33%。进一步分析显示，CSUF 可大幅降低植物组织中重金属含量，Cd²⁺、Cu²⁺、Cr⁶⁺的含量分别减少 89.28%、92.08% 和 94.97%，证实其能有效缓解重金属对植物的毒性效应，保障作物安全。

研究结论与意义

这项研究成功构建了兼具重金属修复与氮素缓释功能的双功能肥料体系。CSUF 凭借其三维结构优势，实现了对 Cd²⁺、Cu²⁺、Cr⁶⁺的高效固定和氮素的持续供应，为污染土壤的生态修复与可持续农业发展提供了绿色、经济的解决方案。其核心创新在于将天然高分子改性与缓释肥料技术相结合，突破了传统修复材料功能单一的局限，为开发多功能农业投入品开辟了新方向。未来，进一步优化材料制备工艺、拓展田间应用场景，有望推动该技术从实验室走向实际农田，为全球土壤污染治理与粮食安全保障贡献中国智慧。