过去40年，我国化肥总量保持快速增长。氮肥和磷肥的产能、产量及消费量均居世界首位，实现了自给有余；钾肥生产跃居世界第四，自给率大幅提升。我国化肥产业在满足国内需求的前提下，为全球化肥供应做出了巨大贡献，提升了我国在化肥生产领域的国际地位。然而，在新形势下，我国化肥产业绿色转型迟缓、发展相对滞后，与农业需求匹配度低，已无法满足“碳达峰、碳中和”和绿色发展的新需求。
化肥产业高耗高排，难以满足“碳达峰、碳中和”和“绿色发展”的新需求。化肥产业的自身属性决定其成为重要的“碳排放”源，在诸多产业中排名前五。化肥产业资源消耗大，由于我国天然气供给严重不足，是全球唯一依赖于煤炭为原料的主要化肥生产国，其碳排放因子较天然气高出50%。而我国的氮磷化肥农业当季利用效率在全球仍处较低水平，每年氮、磷资源仅有14%、22%最终被消费利用。我国化肥生产与运输、农业生产及养殖等多个环节产生了大量的碳排放，碳排放量总量达15.2亿吨/年，占全国温室气体排放总量的15%，远高于土壤碳固定的2.3亿吨/年，实现“双碳”目标，任务艰巨。
1）作物：生物感知，根肥互馈
2）土壤：环境应答，精准释放
3）时空：动态匹配，供需协同
4）绿色：低耗低排，全量利用
绿色智能肥料产品中的绿色主要是从产品全生命周期中资源利用和环境排放两个维度来考量的。全量利用指的是矿产养分资源的利用强度和效率，强调尽量保留原料中各种养分并高效利用；在原料开采和肥料制造过程中要求主要养分损失少，利用率高，其他养分如中微量元素也要通过各种途径加以利用，既可以直接将矿产资源中各种养分一次性保留在肥料产品中，也可以通过延长产业链，将各种副产品中养分资源通过二次或多次加工制成新的肥料产品，提高养分资源利用效率。低耗低排是指肥料产品全生命周期中能源消耗和环境排放要低，首先在原料开采和产品制造过程中能耗低，温室气体和各种废弃物排放少；同时在肥料施用后养分利用效率要高，有利于作物对养分的高效利用，土壤残存少，环境负效应低。最终实现绿色低碳、全量利用。
5）产品：精准配伍，工业实现
作物对养分的偏好已被诸多研究所证实，但由于精准配伍的难度及工业制造上的复杂性，有关理论在肥料科学领域的应用非常少。硝酸盐对多数作物既是一种良好的氮源，同时也是营养信号物质，在调节地上、地下部发育及激素响应方面发挥着重要作用。因此对很多作物而言，采用铵硝搭配往往优于单一氮素形态的肥料效果。由于磷酸根离子与钙、镁等金属离子易发生沉淀反应，从而降低养分的有效性和肥料的水溶性，因此，在复合肥生产中，如何高效实施中微量元素肥料的复合一直是肥料行业的难点之一。在某些情况下，肥料的生产加工过程也可能会使初始养分配伍发生飘移，改变肥料产品中的养分配方。绿色智能肥料通过优化工业设计，尤其是通过造粒工艺、螯合等技术创新，使中量元素肥料在肥料颗粒中与水溶性磷肥实现分隔，使磷素与中量元素共存，从而提高钙镁缺乏地区（通常是酸性土壤）肥料的整体利用效率；如通过原位螯合中微量元素实现磷与中微量元素的协同，创制含中微量元素低pH的水溶性磷酸一铵，从而适应北方硬水条件下的碱性缺素土壤，提高磷与中微量元素的利用率。通过创新绿色生产工艺，实现肥料产品中养分形态的精准配伍和高稳定性。
绿色智能肥料的创新在于“绿色”与“智能”。因此，绿色智能肥料要求在工业产品生产端尽量利用原料中对植物有益的各种养分，最大限度地减少能源消耗和工业三废排放，实现绿色工业制造。在农业生产使用端，肥料养分的供应要匹配土壤和作物，符合植物营养需求规律，提供多种营养元素，并能提高肥料所含各种养分的吸收利用效率，减少肥料在土壤中的残留以及向水体、大气的排放。
绿色智能肥料创新第一步是元素协同、工艺增效的策略，元素协同指的是通过大量元素适宜配比和中微量元素的添加与保活，实现肥料养分供应与土壤、作物和气候的匹配，而在这种养分配比中，为防止养分效应退化的问题，需要进行工艺创新，实现养分增效。目前，在农业生产中，随着氮磷钾肥料的大量施用，中微量元素缺乏和养分失衡问题日渐突出，已成为影响肥料效果的重要限制因素，也是肥料产品研发的重点攻关方向，“十三五”减肥专项对此也开展了大量研究，取得了重要进展，为绿色智能肥料的进一步创新奠定了基础。
绿色智能肥料产品的研发和产业化，需要工农全链条与绿色发展的融合与匹配。首先需要工业和农业在产品设计上的深度融合，农业方面根据作物、土壤和气候等提出对肥料产品养分配比、形态和特性的需求，并通过大数据智能算法进行产品定向设计；工业方通过工艺创新最大程度实现精准配伍并达到智能化释放，再进一步反馈给农业方进行修正和效果验证；同时工业方提供各种矿产原料、副产品及废弃物资源等给农业方进行养分资源特征研究，工业方进行肥料产品物料的选配创新，实现养分的全量高效利用；双方同时从全产业链进行系统分析，找到降耗减排、绿色增效的卡口，通过关键技术突破，优选绿色智能肥料产品实现的技术途径；最后共同根据工业生产条件进行绿色智能肥料的产业化。
绿色智能肥料从制造和产品工艺而言，可以分成两部分：绿色智能肥料材料创制与绿色智能肥料产品制造。
绿色智能肥料材料创制是肥料产品创新的关键，其材料可以是撬动根际生命共同体、强化生物互作的信号物质或微生物，也可以是智能响应土壤环境条件的敏感型材料，还可以是来自于自然界或工农业生产中产生的低成本具有绿色环境属性的物质或资源。
绿色智能肥料是链接化肥工业革命与农业绿色发展的纽带，也是工农融合绿色发展的抓手，其制造工艺要在现化工业革命与农业生产新需求的基础上不断变革与发展，面向双碳和农业现代化发展目标，闯出一条绿色化、高效化、智能化的发展之路，绿色智能肥料产品的创制与产业化，迫切需要颠覆性的肥料生产工艺创新与技术突破。
2）绿色智能新工艺：加快绿色矿山建设和低碳零排制造工艺与信息智能技术的融合，推动绿色智能肥料制造工艺创新与产业化发展。重构化肥生产工艺技术体系，探索从原料直接合成肥料产品的新技术新工艺，减少资源损失与能源消耗；大力发展绿色低碳清洁生产技术，如常温常压合成氨、磷资源全量低耗利用等；破解化肥工艺生产与农业需求不匹配的难题，建立低碳绿色高效新工艺，实现养分配比与形态配伍精准工业生产，强调中微量养分、生物活性物质等的功能及其活性高效保持，匹配区域气候-土壤-作物系统和现代农业生产条件对绿色智能肥料产品的需求。
3）绿色智能产品精准应用：结合现代农业智能化数字技术，科学合理布局产品适宜生态区域与土壤-作物系统，实现产品时空动态决策分配与智能管理；着重创新现代化肥料施用机械与装备（如农业大机械、水肥一体化设备、无人机等）、作物根际/根层生物高效调控相配套的绿色高效施用技术；建立绿色智能肥料产品评价标准体系与施用技术体系，指导产品落地应用。
4）新型绿色化肥产业体系：建立面向农业绿色发展的化肥生产、技术服务和人才培养的新型绿色化肥产业体系。重构农业需求导向-适用产品革新-制造工艺革新-销售服务革新的全产业链模式，利用“绿色原料”、采用“绿色工艺”、生产“绿色产品”。建立我国自主研发、设计、制造、运营和管理的绿色产业体系。融合数字、信息与智能技术，建立绿色智能新型化肥的技术创新与支撑体系。