近几十年来,全球在耕地面积扩张极小的情况下,通过大量施肥和农药投入,实现了粮食产量年复一年地增长,但是数以亿吨的化肥及农药给生态环境带来了巨大压力。传统农药和肥料由于挥发、流失等原因并未完全到达靶标和作物,极大地降低了其利用率,增加了农业生产成本。缓控释技术的应用可以有效地解决上述问题,对于可持续农业系统的构建具有至关重要的意义。目前,肥料与农药作为农业的重要组成部分,尽管在作用上迥然不同,但在缓释方法上又有诸多相似之处。因此,设计一种双重负载并具有环境响应释放特性的缓释系统理论上具有可行性,这不仅能提高肥料与农药的利用率,而且能相互增效,起到增强农作物抗逆性的作用。本学位论文以贻贝仿生聚多巴胺和二氧化硅等为基本原料,在提高农药和肥料利用效率的同时将二者结合,制备了两种多功能缓释药肥,利用多种测试手段研究其性能,并利用生物学测试对比传统肥料和农药制剂,以验证其用于现代绿色农业的可行性,主要研究内容和结果如下:1.以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用溶胶-凝胶法,制备介孔二氧化硅(MSNs)。用N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化铵(50%甲醇溶液)进行表面改性,利用多巴胺在碱性条件下的氧化自聚反应,在MSNs外包裹聚多巴胺(PDA),得到具有黏附特性的载体。将具有除草作用的2,4-D钠盐(2,4-D)载入改性介孔二氧化硅(MSNs-TA)中,再以外层PDA的活性基团螯合微量元素锌,制备适用于在土壤中喷施的具有除草活性和促进植物生长双重作用的缓释药肥。释放动力学研究结果表明,药肥显著提高了2,4-D和锌肥的缓释周期,在pH=7时,2,4-D在144 h内释放量为45.35%,而锌肥在30天内释放量仅为17.36%。硅片黏附实验表明,纳米药肥具有较强抗冲刷能力,有望有效改善药肥喷洒后被雨水冲刷所造成的低利用率。皮肤测试实验表明,与商业农药相比,纳米药肥具有更好的生物安全性。阔叶杂草防治实验表明,相同剂量下,药肥与2,4-D原药对于阔叶杂草马齿苋表现出同等的抑制效果,并且未对玉米的发芽率产生影响。盆栽实验表明,相比于2,4-D,施用该药肥不仅能够达到除草的目的,还可以促进玉米生长发育。2.基于前一体系研究,将正硅酸乙酯作为硅源,采用硬模板法制备中空介孔二氧化硅(HMS)。利用中空结构将十四醇(TD)和2,4-D负载进二氧化硅空腔中,通过氧化自聚反应,在其表面包裹聚多巴胺层,用于光热转化、封堵孔道并提供锌肥载体。将醋酸锌作为锌源,通过螯合作用将锌离子吸附在聚多巴胺表面,利用二甲基咪唑在外层自组装ZIF-8的同时包封杀虫剂呋虫胺(DF),最终制备一种适用在植物叶面喷施的具有双重响应性的纳米缓释药肥。TD是一种相转变材料,可以通过温度调节实现固-液状的转变以达到控制除草剂释放的目的。与此同时,由于ZIF-8在酸性条件下不稳定,因此DF和锌肥的释放速率可以通过pH调节。2,4-D、锌肥和DF的负载率分别为32%、16.8%和20.1%。释放数据表明,药肥具有良好的载药释药特性。盆栽实验结果证明,纳米药肥对杂草芽前与芽后均有显著抑制作用,而对目标作物的发芽率并未产生影响。玉米根部长度和微量元素锌含量也显著高于对照组,表明纳米药肥对玉米生长具有显著的促进作用。害虫防治效果显示,纳米药肥能在较短时间内迅速杀死所有幼虫,在pH<7.0时对幼虫的触杀作用较快,这是由于ZIF-8在酸性条件下解离,加速DF释放。集除草、杀虫和养分供给于一身的药肥具有多重协同作用,有望实现节本增效、增产增收的目的。