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包膜控释肥料具有养分利用率高、一次施肥、不用追肥、省工省时等优点。但是,商业化控释肥料膜材,主要来源于石油化工产品（如聚乙烯、聚氨酯等）,存在价格高、资源不可再生、不可生物降解等缺点,极大制约了控释肥料在农业上的大规模推广应用。为了解决上述问题,利用植物油等天然生物基原料,制备价格低廉、资源可再生、土壤中可降解的生物基控释膜材,成为控释肥料研究领域中的发展趋势。但是,由于生物基膜材中含有大量亲水基团,易吸水膨胀,这导致了生物基控释肥料的养分控释期短、控释质量差（其控释期很难超过2个月）。因此,发展相关改性技术,提高生物基控释膜材的疏水性能,增强其养分控释性能,成为国内外研究的热点和难点问题。受到自然界中生物超疏水表面的启发,研究人员研发了仿生超疏水技术,制备了具有超疏水表面的仿生超疏水材料,并得到了广泛的应用,如自清洁、防腐蚀、防污漆、油水分离等。虽然,仿生超疏水理论尚未生物基控释肥料膜材领域得到应用,但是我们可以借鉴上述超疏水技术和理论,为生物基膜材的超疏水化研究提供理论和技术支撑。本研究探索了有机硅改性超疏水生物基包膜控释肥料的最佳制备条件,并阐明了超疏水表面控制水分进入和养分溶出生物基膜材的机理;探索了磁性粒子自组装改性超疏水生物基包膜控释肥料的最佳制备条件,并且利用同步辐射X射线相称成像技术,直观地观察了超疏水生物基包膜控释肥料表面空气膜的存在及分布情况,揭示了超疏水效应延缓水分进入膜内和养分溶出膜外的机理;利用超疏水生物基控释肥料作为试验肥料,以水稻作为试验作物,进行了连续两年的田间试验,结果表明该类控释肥料可以显著增强肥料利用率,提高水稻产量和生物量。主要研究结果如下:（1）有机硅改性超疏水生物基包膜控释肥料的研制及其养分控释机理研究利用棉籽油作为原料,制备了棉籽油基多元醇,将其和异氰酸酯共混之后喷涂到尿素表面,在尿素包膜机中受热固化成膜得到生物基包膜控释肥料;将微米级硅藻土和纳米级二氧化硅共混水凝胶,喷涂到控释肥料表面,在生物基膜壳表面构建了微纳米级凸起结构,制备了表面具有微纳米级凸起的包膜控释肥料;通过在其表面嫁接全氟硅烷的方法进行疏水改性,制备了具有超疏水特性的生物基包膜控释肥料。利用GC、FITR、GPC分析了包膜原料的组成及分子量大小;利用FTIR和13C-NMR证明了生物基聚氨酯膜材的成功制备,利用TEM、XRD观察了微米级硅藻土和纳米级二氧化硅的微观形貌;利用WCA、SEM、ATR-FTIR、SEM-EDX、XPS证明了超疏水表面的成功形成,其膜材表面水接触角为155.8°,达到超疏水效果;利用25℃静水培养法测试了3种试验肥料的养分控释性能,相比未改性的生物基控释肥料,经过超疏水改性,生物基包膜控释肥料的养分控释期提高了1倍左右。并结合超疏水相关理论,阐明了超疏水表面影响水分进入和养分溶出生物基膜材的机理。（2）磁性纳米粒子自组装改性超疏水生物基控释肥料及其养分控释机理研究利用猪油作为原料,制备了猪油基多元醇,将四氧化三铁磁性纳米粒子加入到液态包膜原料中（多元醇和异氰酸酯共混物）;在磁场中,利用磁性纳米粒子与铁质包膜机的相互磁力作用,在液态膜材固化之前,通过肥料颗粒的不断滚动,磁性纳米粒子自发地移动到膜壳表面,有规律进行排布,在膜材固化之后,形成表面具有微纳米凸起结构的超疏水生物基包膜控释肥料。利用GC、FTIR分析了包膜原料的组成及结构;利用FTIR、~1H-NMR、13C-NMR和SEM证明了已经成功制备生物基膜材;利用LPA、XRD、FTIR、WCA、TEM、TEM-EDX、XPS证明了已经成功制备超疏水磁性纳米粒子;利用SEM、AFM、WCA、SEM-EDX证明了已经成功制备自组装型超疏水控释肥料,其膜材表面具有超疏水特性,水接触角达到154.6°,水接触角滞后为1.5°;利用25℃静水培养法测试了3种试验肥料的养分控释性能,相比未超疏水改性的生物基控释肥料,自组装型超疏水生物基包膜控释肥料的养分控释期提高了1倍左右（超过100 d）;通过同步辐射X射线相称成像技术,直观地观察了水与超疏水生物基包膜控释肥料界面处空气膜的存在及分布情况。结果表明,液态水仅与微纳米级凸起的顶部接触（面积占比10.9%）,空气膜被嵌入到液态水下方（面积占比89.1%）,由于空气膜的存在,液态水不能直接浸润超疏水控释肥料膜壳,只能以水蒸气扩散的方式缓慢进入肥料,极大提高了该类超疏水生物基控释肥料的养分释放特性,揭示了空气膜延缓水分进入膜内和养分溶出膜外的机理。（3）超疏水生物基控释肥料的田间试验使用超疏水生物基控释氮肥,在山东东营进行了连续2年水稻田间试验,设置12个处理,使用两种氮肥（普通氮肥和控释氮肥）,两个施氮量（100%和80%）,三个腐殖酸钾使用量（50、100 kg/ha和150 kg/ha）。与当地习惯施氮量处理(N300)相比,控释氮肥同等施氮量处理(CN300)的水稻产量相对增加9.35%,氮素利用率相对提高17.72%;与当地习惯施氮量（300 kg N/ha）相比,试验控释氮肥减量20%（240 kg N/ha）与腐殖酸钾配施（150 kg/ha）,水稻产量相对增加14.48%,氮素利用率相对提高59.16%。结果表明,该类控释肥料可以显著增加水稻产量,提高氮素利用率,降低田间水盐度（22.25%）及硝铵态氮含量,在水稻上具有一定的增产效果和潜力,为将来商业化生产该类生物基控释肥料提供了技术支撑,为进一步大田推广和应用奠定了坚实基础。