包膜控释肥料由于具有减少施肥次数和肥料用量、提高养分利用率、节省劳动力和生产成本等优势,成为了化学肥料革新和研究的热点。利用来源广泛、价格低廉的天然高分子材料制备而成的生物基膜材替代传统的石化膜材,是肥料产业绿色转型升级的重要发展方向,但生物基包膜控释肥的研发与应用仍存在以下瓶颈问题:首先,生物材料成分复杂,存在许多不成膜的杂质,这些杂质在水分进入和养分溶出膜壳时会溶出膜外,造成膜材孔隙增大或者破损,加速养分释放;其次,生物基膜材韧性较差,易破裂,会影响控释质量。虽然针对不同生物原料制备而成的生物基聚氨酯膜材已经开发出多种改性手段来改善其养分控释性能,但是实现膜材微孔或损伤的自发修复,提高其耐损伤性的改性方法暂未有深入研究。本文通过生物基多元醇和异氰酸酯的缩聚反应合成了生物基聚氨酯膜材,并通过纳米微胶囊改性和动态共价键交联改性赋予其自修复性能,制备了环保、高效、耐损伤的自修复生物基聚氨酯包膜尿素,实现了膜材微孔或损伤的自发修复,提高了膜材的韧性和耐损伤性,进而改善其养分控释特性,并探究了自修复改性技术提高生物基聚氨酯膜材控释性能的机制;通过田间试验测试了不同用量和控释期的包膜尿素对水稻产量和品质的影响,建立了水稻产量和品质性状的综合评价模型,探究了包膜控释尿素对水稻产量和品质协同增效的机制。主要研究结果如下:（1）以大豆分离蛋白和聚乳酸-羟基乙酸共聚物为原料,通过水-油-水乳化工艺制备了SMCs,以蓖麻油和PAPI作为包膜材料,并在包膜材料中添加SMCs和戊二醛,制备了一种具有自修复功能的生物基聚氨酯包膜控释尿素（NSBCF）。纳米微胶囊改性技术赋予膜材自修复特性,与未改性相比,NSBCF的释放期延长28 d以上。通过荧光标记和X射线断层扫描手段测试了微胶囊对膜材的修复过程和改性前后的膜材孔隙分布,揭示了NSBCF的自修复机制:在控释肥料养分释放中,随着水分的不断进入,SMCs中的大豆分离蛋白能够释放到涂层内部,并在涂层内扩散,当填充到由于杂质溶出新形成的微孔区域时,其与戊二醛交联固化形成蛋白树脂,由于缩醛交联作用和氢键的结合,蛋白树脂与生物基聚氨酯涂层形成“互穿网络”结构,蛋白树脂被紧密结合到膜材上,堵塞膜材中新出现的微孔,从而延缓了水分进入和养分溶出膜外的时间。结果显示,纳米微胶囊改性自修复技术可以提高膜材致密性,降低膜材孔隙,从而改善生物基聚氨酯包膜尿素的养分控释特性。（2）本研究利用大豆油多元醇和异氰酸酯合成生物基聚氨酯,对尿素包膜制备生物基聚氨酯包膜尿素,然后利用苯偶酰二肟交联生物基聚氨酯膜材,改性制备了基于肟氨酯键的动态共价网络交联自修复生物基聚氨酯包膜尿素（TBPCF）。与未改性相比,TBPCF的养分控释寿命提高了150%,涂层拉伸强度提高了300%,韧性提高了1200%。通过原位红外光谱和AFM等手段检测了肟氨酯键的可逆反应和涂层的微观力学性能,揭示了TBPCF的耐损伤性机制:通过与苯偶酰二肟交联,在生物基聚氨酯膜材中构建了基于肟氨脂键的动态共价网络,新形成的肟氨酯键具有热响应可逆性,包膜过程中,在温度驱动下,肟氨酯键发生动态交换反应,实现了对涂层撕裂结构的修复,提高了涂层的致密性和均匀度,同时动态共价网络交联提高了控释膜材的柔韧性,促进了肥料颗粒碰撞能量的耗散,降低了生物基聚氨酯涂层的损伤。结果显示,包膜过程中涂层的动态断裂-结合反应有效促进了控释膜材内部的氢键重组和肟氨酯链的迁移,修复了涂层撕裂和肥料碰撞造成的结构缺陷,提高了生物基包膜控释肥的养分释放周期和耐损伤性。（3）通过田间试验研究了不同施用量的短效（30 d和50 d释放期）和长效（70 d和90 d释放期）包膜控释尿素对水稻产量、品质、淀粉结构和理化性质的影响。结果表明,水稻内部成分（直链淀粉含量降低,蛋白质含量提高）的变化降低了淀粉颗粒的大小,提高了结构的有序度,从而显著改善了稻米品质。控释期为90 d,施用量为300kg/ha的生物基聚氨酯包膜控释尿素处理水稻籽粒产量最高,同时其加工品质、营养品质和蒸煮品质最优,实现了水稻产量和品质的协同增效。