来源广泛、价格低廉、可再生、环境友好的生物基膜材取代成本高、不可再生的石化类膜材制备包膜控释肥料是肥料研究领域的热点。但目前大多数生物基包膜控释肥料养分控释效果较差且功能单一,因此提高生物基包膜控释肥料的控释性能和功能性至关重要。本试验利用棉花秸秆作为原料,制备了生物基包膜控释肥料,并通过疏水和网络互穿技术改性生物基膜材,制备了环保、高效的生物基包膜控释肥料,解决了生物基材料亲水性强、结构疏松、孔隙大的问题,并探究了改性技术提高其控释性能的机制;然后将该肥料在大田玉米进行应用,探究了减量施用控释肥料对玉米产量和氮素养分吸收利用率的影响,以期为生物基控释氮肥在玉米上的合理施用提供理论依据。为进一步解决生物基包膜控释肥功能单一的问题,利用液化的棉花秸秆和海藻酸铜制备了多功能双层生物基包膜控释肥,使其能够缓释氮、硒、铜元素的同时,兼具有抗菌性能;通过在樱桃萝卜上施用多功能的生物基包膜控释肥料,探究其对樱桃萝卜产量、品质、硒含量、养分利用效率和根际微生物的影响,以期提高樱桃萝卜的品质、营养价值及硒的利用效率。主要研究结果如下:（1）采用棉花秸秆作为原材料制备了生物基多元醇,利用硅氧烷和聚醚对生物基聚氨酯材料进行改性,制备了改性生物基聚氨酯包膜控释肥料。研究结果表明,与未改性的生物基聚氨酯材料相比,改性后包膜肥料的养分释放期由2天延长到30天。该研究揭示了改性生物基包膜控释膜材提高养分控释性能的作用机制:a.硅氧烷分子的疏水基团嫁接到生物基聚氨酯膜材上,提高了膜材的疏水性能,减缓了水分进入膜壳的速率;b.硅氧烷、聚醚与聚氨酯分子发生交联反应,形成了一种互穿聚合物网络结构,增强了生物基聚氨酯膜壳的致密性,减少了膜壳上微孔和裂隙的数量;c.致密的聚氨酯结构固定住了一部分不参与成膜反应的物质,避免了膜壳孔隙的进一步增加,养分得以持续缓慢的释放。（2）为验证上述生物基包膜肥料的应用效果,利用连续3年玉米大田试验,探究其对玉米产量和养分利用率的影响。本研究共设置不施氮肥（CK）,分别全量和减量30%施用普通尿素、市售树脂包膜控释尿素和自制改性生物基包膜控释尿素7个处理。研究结果表明,相较于全量施用尿素（U1）处理,全量施用树脂包膜尿素（PF1）和生物基包膜尿素（BF1）处理分别平均增产1.8%和2.1%,与PF1处理相比,BF1处理玉米增产0.4%,减量30%施用两种控释尿素均可保持玉米不减产。与U相比,施用包膜控释肥料显著提高了玉米籽粒氮含量,表明有利于籽粒中氮累积。本试验中施用PF、BF比施用U的平均氮肥吸收利用率分别提高了40.7%～59.5%和38.3%～69.5%,表明了控释肥料能够提高养分的利用率,同时施用包膜控释肥料减少了土壤中硝态氮和铵态氮的淋溶,有效减少了氮素损失。（3）以尿素为核心,利用棉花秸秆液化物制备生物基聚氨酯作为内层包膜材料,海藻酸铜凝胶作为外层包膜材料,制备了双层包膜控释肥。利用负载硒酸钠的介孔二氧化硅纳米颗粒对外层凝胶（MSN@Se凝胶）进行进一步改性,制备了双层的多功能生物基包膜控释肥料（DCRF）。研究结果表明,DCRF的氮释放周期达到42d,是单层生物基包膜肥料的1.4倍;与速效硒肥相比,DCRF的硒释放周期提高40倍。DCRF提高养分控释性能的机理是:一方面,当水分进入外层凝胶膜层时,通过氢键与凝胶结合并储存在凝胶网络中,减缓了水分进入内层膜壳的速率,从而延缓了养分释放;另一方面,二氧化硅表面的介孔结构和带正电荷的基团能够吸附带负电荷的硒酸盐,凝胶膜壳的网状结构增加了硒扩散的路径,从而延缓了硒的释放。此外,该肥料还具有缓释铜的功能,从而具有持久的抗真菌能力,能够抑制尖孢镰刀菌的生长。（4）通过樱桃萝卜盆栽试验验证多功能肥料的肥效和抗菌性能。研究结果表明,相比施用普通肥料的处理（UF）,加施硒酸钠的处理（BF）和施用多功能包膜肥的处理（DF）分别增产59.02%和170.30%,表明DF处理能够促进樱桃萝卜的生长发育,提高果实产量;同时DF处理还增加了果实维生素C和花青素含量,降低了硝酸盐含量,改善了果实品质。施用多功能包膜肥樱桃萝卜果实中的硒含量比施用速效硒肥的处理提高了4.8倍,与施用速效硒肥相比,DF处理的硒利用率提高3.8倍,显著提高了硒在果实中的累积和养分利用率。相比其他处理,DF处理显著降低了基质中真菌的丰度,证明多功能包膜肥料具有良好的抑制真菌效果。本研究以棉花秸秆为原材料,通过对膜材改性和功能化处理,成功制备了双改性和多功能的生物基包膜控释肥料,提高了生物基膜材的控释质量,并揭示了其作用机制;此外,分别验证了两种肥料在大田玉米和樱桃萝卜上的实际应用效果,证明了两种新型肥料均具有增产和提高养分利用率的作用。本研究符合国家对农业生产中减量施肥的可持续发展战略要求,可为绿色生物基包膜控释肥料的发展和产业化提供技术支撑和理论基础。