综述：农业中的聚合物水凝胶：环境性能、可持续性挑战及未来前景

《ACS Agricultural Science & Technology》：Polymeric Hydrogels in Agriculture: Environmental Performance, Sustainability Challenges, and Future Perspectives

气候多变与淡水短缺制约农作物生产，聚合物水凝胶作为新型改良剂通过保水释肥提升资源利用效率。研究聚焦水凝胶化学结构、交联策略及土壤环境下性能调控机制，评估其对不同作物与土壤的增产效果，探讨生物可降解聚合物、复合材料及智能响应水凝胶的可持续发展潜力，包括成本、耐久性、生命周期影响和微塑料风险。提出可降解设计标准、试验报告规范及与数字农业的整合路径，为构建气候适应型可持续农业系统提供技术框架。

　　

气候变化和淡水短缺日益限制着农作物生产，这促使人们研究能够提高水分和养分利用效率的土壤改良方法。聚合物水凝胶是一种交联的、遇水膨胀的网络材料，正成为适应气候变化农业的理想选择。通过储存并逐渐释放水分和农用化学品，水凝胶能够调节土壤湿度、减少灌溉频率并提高肥料利用率。近年来，水凝胶技术的发展已经超越了单纯的超强吸水性，朝着多功能方向发展，包括可控养分输送、种子包覆和微生物接种等功能，并朝着能够与精准灌溉和传感技术结合的“智能”材料迈进。本文综述了水凝胶的化学性质、交联策略以及其在土壤相关离子环境和pH条件下的结构-性能关系（如膨胀性、力学性能和释放动力学）。我们评估了不同作物和土壤类型下水凝胶的农艺效果，强调了可生物降解生物聚合物和混合材料设计的应用潜力，并探讨了与环境化学工程和政策相关的可持续性方面（如成本、耐久性、生物降解性、生命周期影响及潜在的微塑料风险）。展望未来，我们提出了基于降解特性的设计标准、田间试验报告规范以及与数字农业的整合路径，以加速这种技术的负责任应用。总体而言，适应性水凝胶平台在高效输送水分和养分的同时，符合构建可扩展、具有气候适应性的食品系统所需的环境保护要求。本文是首批将结构-功能关系、作用机制及生物降解性框架整合到农业水凝胶研究中的综述之一，强调了有助于推动水凝胶安全、可持续应用的设计和报告实践，从而为实现全球气候适应和粮食安全目标做出贡献。