综述：缓释/控释肥料中的纳米材料：作用机制、材料设计及未来发展方向

《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》：Nanomaterials in slow/controlled-release fertilizers: mechanisms, material designs, and future directions

　　

摘要

缓释和控释肥料（S/C-RFs）的研制旨在解决传统肥料效率低下的问题，通过提供能够与植物生理需求同步释放养分的系统来实现这一目标。现代的S/C-RF技术包括多种不同的产品结构，如包覆肥料（例如硫包覆、聚合物包覆和多层混合包覆）、基于基质的系统（包括水凝胶、复合基质和可生物降解的聚合物网络），以及纳米封装或核壳结构，每种结构都具有不同的特征，这些特征决定了养分的扩散和释放动力学。然而，传统的包覆和基质技术在实现精确且对环境响应的释放曲线方面仍存在局限性。纳米材料（NMs）的最新进展为下一代S/C-RF的设计带来了变革性的机会，因为它们具有高比表面积、可调的表面化学性质以及与肥料基质的纳米级相互作用。这些材料可以增强聚合物网络，形成复杂的扩散路径，并引入静电或配位作用，从而共同调节养分的移动性并提高释放控制能力。本文综述了纳米技术支持的S/C-RF的最新进展，重点介绍了包覆策略、水凝胶系统和复合配方，并评估了它们的农学、经济和环境影响。在水凝胶基系统中，纳米填料可以增强聚合物网络、减少孔隙率并抑制养分突然释放；而在包覆肥料中，它们可以提高屏障完整性、机械耐久性和水分吸收调节能力。这些机制有助于提高养分利用效率、减少淋溶，并更好地匹配养分的可用性与植物的吸收。总体而言，纳米材料被认为是推动先进S/C-RF技术发展的关键因素，这些技术支持更高效、可持续和适应气候变化的农业实践。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

缓释和控释肥料（S/C-RFs）的研制旨在解决传统肥料效率低下的问题，通过提供能够与植物生理需求同步释放养分的系统来实现这一目标。现代的S/C-RF技术包括多种不同的产品结构，如包覆肥料（例如硫包覆、聚合物包覆和多层混合包覆）、基于基质的系统（包括水凝胶、复合基质和可生物降解的聚合物网络），以及纳米封装或核壳结构，每种结构都具有不同的特征，这些特征决定了养分的扩散和释放动力学。然而，传统的包覆和基质技术在实现精确且对环境响应的释放曲线方面仍存在局限性。纳米材料（NMs）的最新进展为下一代S/C-RF的设计带来了变革性的机会，因为它们具有高比表面积、可调的表面化学性质以及与肥料基质的纳米级相互作用。这些材料可以增强聚合物网络，形成复杂的扩散路径，并引入静电或配位作用，从而共同调节养分的移动性并提高释放控制能力。本文综述了纳米技术支持的S/C-RF的最新进展，重点介绍了包覆策略、水凝胶系统和复合配方，并评估了它们的农学、经济和环境影响。在水凝胶基系统中，纳米填料可以增强聚合物网络、减少孔隙率并抑制养分突然释放；而在包覆肥料中，它们可以提高屏障完整性、机械耐久性和水分吸收调节能力。这些机制有助于提高养分利用效率、减少淋溶，并更好地匹配养分的可用性与植物的吸收。总体而言，纳米材料被认为是推动先进S/C-RF技术发展的关键因素，这些技术支持更高效、可持续和适应气候变化的农业实践。

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