综述：壳聚糖在控释肥料中的应用及其对植物和土壤的影响

这篇综述系统探讨了壳聚糖（chitosan）作为生物可降解材料在控释肥料（CRFs）领域的应用潜力，重点分析了其通过纳米复合物或涂层技术实现营养元素（N/P/K）的pH/温度响应型缓释机制，及其在提升作物产量、改善土壤微生物群落和减少环境污染方面的多重优势，为农业可持续发展提供了创新解决方案。

　　

壳聚糖：农业可持续发展的绿色钥匙

Abstract
全球人口激增对粮食安全提出严峻挑战，而传统肥料的低效使用正加剧生态危机。作为自然界储量第二大的生物高分子，壳聚糖因其独特的氨基多糖结构、生物相容性和pH敏感性，成为构建智能控释肥料（CRFs）的理想材料。通过纳米复合或有机-无机复合膜（OICMs）包覆技术，壳聚糖基CRFs可实现营养元素的靶向递送，显著降低氮挥发和地下水污染风险。

Introduction
农业面临耕地缩减与土壤退化的双重压力。传统肥料仅30-50%利用率，过量施用导致温室气体排放和生物多样性丧失。壳聚糖的阳离子特性使其能通过质子化氨基与营养元素结合，形成缓释体系。实验证明，壳聚糖-氧化石墨烯纳米膜包覆的肥料颗粒，在酸性土壤中可持续释放氮素达60天，较硫包衣尿素效率提升40%。

Preparation of controlled-release fertilizers
• 营养选择：依据作物需肥规律，优选氮磷钾（NPK）组合
• 包膜材料：壳聚糖与海藻酸钠或聚乳酸共混，通过离子凝胶法形成pH响应型微囊
• 工艺创新：浸渍法在尿素颗粒表面构建厚度<100nm的壳聚糖/蒙脱土纳米层

Release mechanism
壳聚糖CRFs的释放动力学受三重机制调控：
1）溶胀-扩散：土壤水分触发材料溶胀，通过孔径变化控制营养渗出速率
2）酶解响应：根际微生物分泌几丁质酶逐步降解壳聚糖骨架
3）pH门控：氨基在酸性环境中质子化，加速膜通透性

Impacts on plants and soil biodiversity
• 作物增效：壳聚糖诱导植物合成几丁质酶，使番茄产量提高22%
• 土壤改良：CRFs使土壤有机质含量提升1.8倍，促进放线菌群落增殖
• 生态安全：相比聚乙烯包膜肥料，壳聚糖CRFs在60天内完全降解

Conclusion and Future Prospectus
尽管壳聚糖CRFs成本较传统肥料高30%，但其环境效益和碳减排潜力不可忽视。未来研究应聚焦于：
1）开发低成本甲壳素提取工艺
2）构建多重刺激响应型智能肥料
3）建立CRFs生命周期评价体系
正如研究者所言："包裹在OICMs中的肥料，代表着农业的未来形态"。