Next Generation NPK Slow Release Hydrogel Fertilizers: A Critical Review of Material Design, Performance, and Field Translation

气候变异性、水资源短缺、土壤质量下降以及肥料利用效率低下，日益需要能够支撑气候韧性农业的养分递送系统。缓释肥料水凝胶（slow-release fertilizer hydrogels, SRFHs）因其能够保水并调控养分传输而具有广阔前景。本综述在常规肥料与增效肥料策略框架下审视了SRFHs，涵盖基质型、包膜储库型及多层系统，以及其制备方法和功能特性。现有证据表明，聚合物组成、交联密度、孔结构、粒径、肥料负载量及环境条件均影响溶胀性能、力学行为和养分释放。重要的环境因素包括土壤约束、pH、离子强度和温度。动力学模型与响应面法有助于解释释放机制及配方权衡。湿度、pH和温度响应型系统也可能支持更具适应性的养分递送。然而，在去离子水中具有高溶胀率或延长释放时间，并不能证明其在田间条件下能改善养分吸收、作物产量、水分利用效率、减少养分损失或环境安全性。成果转化受限于方案不一致、剂量匹配对照不足、多季试验缺乏，以及在降解、残留材料、批次重现性、规模化放大和农场层面价值方面证据有限。为弥补这些不足，本综述提出了一个目标产品概况，将作物、土壤和气候条件与养分特异性释放、力学使用寿命、环境归趋、可制造性和经济性能相关联。模型引导的响应型配方最终可能与传感器及物联网监测相结合，用于精准农业。然而，这仍是一种前瞻性方法，尚未经过田间验证。因此，SRFHs应以其可重现且情境特异性的农艺与环境性能来评判，而非仅以实验室最大性能为标准。