综述：采用环保先进水凝胶的可持续农业实践

这篇综述系统阐述了环保型先进水凝胶（SRH）在可持续农业中的革新作用，重点探讨其通过水保留（400倍干重吸水率）、控释行为（CRF/SRF）及生物降解性（如纤维素基材料28天降解）解决全球粮食安全与资源短缺问题，特别关注pH/温度响应型智能材料与纳米复合技术（如PVA/CNTs）的整合应用。

　　

1. 引言

现代农业面临人口增长（2050年90亿）与资源短缺的双重压力，传统化肥利用率仅30-35%（氮肥损失达70%），而农业耗水占全球淡水70%。水凝胶作为三维聚合物网络（如PAM/PVA），凭借超强吸水能力（400 g g^-1）和控释特性，成为解决这些问题的关键。

2. 水凝胶的分类与功能

2.1 类型

• 天然水凝胶：纤维素、壳聚糖（降解周期28天）
• 合成水凝胶：聚丙烯酰胺（PAM，非生物降解）
• 杂化水凝胶：淀粉-聚丙烯酸复合物（60%降解率）

2.2 功能特性

• 溶胀能力：交联度决定吸水率（如KOH改性Na-CMC水凝胶提升32%根长）
• 导电性：碳纳米管（CNTs）增强的PEDOT水凝胶可实时监测土壤参数

3. 环保先进水凝胶的创新

3.1 绿色合成
利用农业废弃物（如稻壳、果渣）制备的纤维素基水凝胶，通过辐射交联（如γ射线）避免有毒交联剂。

3.2 智能响应
pH响应型藻酸盐微球在碱性条件（pH 8.5）下释放60%草甘膦，而温度敏感型PNIPAM在LCST相变时调控水分释放。

4. 农业应用实证

4.1 水分管理
纳米二氧化硅水凝胶使水稻增产10.76吨/公顷，灌溉减少25%。

4.2 控释肥料
尿素-羟基磷灰石纳米肥料（Kottegoda等）实现60天缓释，玉米产量提升20.3%。

4.3 种子涂层
羧甲基纤维素水凝胶（CH07）使芝麻4天发芽率达100%，抗菌性减少病原侵害。

5. 挑战与展望

天然水凝胶机械强度不足（如壳聚糖需纳米纤维素增强），且生产成本较高。未来需开发"all-in-one"多响应凝胶（图8），结合数字农业实现精准水肥调控。

结论

水凝胶技术通过整合生物基材料与智能响应特性，为可持续农业提供了可扩展的解决方案，但其商业化仍需克服成本与性能平衡的挑战。