農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域保水劑應(yīng)用論文

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編者按：本文主要從引言；保水劑的一般性質(zhì)；保水劑的發(fā)展現(xiàn)狀；保水劑的應(yīng)用展望進(jìn)行論述。其中，主要包括：保水劑作為一種化學(xué)節(jié)水技術(shù)，于20世紀(jì)70年代在美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心開發(fā)成功、保水劑是一種具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型功能高分子材料、保水劑的類別不僅包括傳統(tǒng)的淀粉類、纖維素類、合成類、抗旱保水技術(shù)是其重要內(nèi)容、開發(fā)保水劑的制備新方法、研究保水劑的有機(jī)一無機(jī)復(fù)合、將常量元素、微量元素、植物生長調(diào)節(jié)劑、殺蟲劑、殺菌劑等添加到保水劑中，實(shí)現(xiàn)其多功能化、研究高吸水性樹脂在實(shí)際應(yīng)用中與土壤、作物、肥料等的效應(yīng)問題、目前我國保水劑的普及度依然處于較低水平等，具體請?jiān)斠姟?/p>

1引言

保水劑作為一種化學(xué)節(jié)水技術(shù)，于20世紀(jì)70年代在美國農(nóng)業(yè)部北方研究中心開發(fā)成功。隨后美國、日本、法國等國家對保水劑在農(nóng)林業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究，并進(jìn)行了大面積的推廣使用。國內(nèi)對保水劑的研究開始于20世紀(jì)80年代中期，目前大部分產(chǎn)品已有一定規(guī)模。在“八五”和“九五”期間共在全國示范推廣達(dá)1100多萬畝。目前，土壤固化劑、復(fù)合土工膜料、坡面積雨固土材料、植物蒸騰抑制劑、種衣劑等大批保水劑已經(jīng)在我國農(nóng)林業(yè)中得到了實(shí)際應(yīng)用。

2保水劑的一般性質(zhì)

保水劑是一種具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型功能高分子材料，采用含有羧基、羥基或氨基等的親水性單體，在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下，通過聚合、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)而形成。高吸水性樹脂能通過水合作用迅速吸收自重幾百倍乃至上千倍的水而呈凝膠狀，常壓下對其施加壓力，水也不會(huì)從凝膠中逸出，常稱其為高吸水性聚合物。高吸水性材料或超強(qiáng)吸水樹脂等。

保水劑作為農(nóng)作物干旱時(shí)的“微型水庫”，具有應(yīng)用范圍廣，高保水性，改良土壤，促進(jìn)生長，節(jié)約肥料等多方面優(yōu)點(diǎn)。據(jù)資料顯示，在相同水肥條件下，使用保水劑可明顯增加作物產(chǎn)量。增產(chǎn)幅度達(dá)10％～30％。節(jié)水節(jié)肥5％～20％#在花卉等經(jīng)濟(jì)作物上，使用保水劑可明顯延長澆水時(shí)間(3天～7天)，花蕾大，持續(xù)時(shí)間長，經(jīng)濟(jì)效益高I在旱農(nóng)試驗(yàn)區(qū)開展的保水劑應(yīng)用試驗(yàn)。結(jié)果顯示保水劑對保蓄雨水效果較好，尤其促使了作物生長后期根區(qū)土壤水分的補(bǔ)充和提高。

近年來由于新原料的選用和材料的復(fù)合化，保水劑的類別不僅包括傳統(tǒng)的淀粉類、纖維素類、合成類(聚丙烯酸類、聚丙烯酰胺類等)。還包括生物降解類(氨基酸類、殼聚糖類等)、有機(jī)一無機(jī)復(fù)合類、緩釋功能類(腐殖酸類)。保水劑的聚合工藝主要有水溶液聚合法和反相懸浮聚合法，也可采用輻射引發(fā)聚合、微波引發(fā)聚合以、噴霧聚合、高溫快速反應(yīng)法等方法。目前，國內(nèi)生產(chǎn)和供應(yīng)保水劑的廠家多達(dá)40多家，主要有勝利油田長安集團(tuán)、北京裕德隆科技發(fā)展有限公司、河北科瀚樹脂有限公司、天津晨光化工有限公司等。

3保水劑的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)在我國實(shí)施農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和中西部開發(fā)戰(zhàn)略，農(nóng)業(yè)重點(diǎn)推廣旱作節(jié)水技術(shù)，而抗旱保水技術(shù)是其重要內(nèi)容。近年來，保水劑越來越受到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重視，研究重心也開始從如何提高保水劑的性能向其在農(nóng)林業(yè)的實(shí)際應(yīng)用轉(zhuǎn)移。有關(guān)保水劑的研究進(jìn)展主要集中在以下幾個(gè)方面：

3.1開發(fā)保水劑的制備新方法

新的制備方法要在保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的吸水保水性能的基礎(chǔ)上，提高吸水速率、改善耐鹽堿性能和產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度以及熱穩(wěn)定性能，目前主要采用以下措施：引人非離子型親水基團(tuán)到主鏈上；使用含有大量親水基團(tuán)交聯(lián)劑；用表面活性劑對樹脂進(jìn)行外層處理等。天津三農(nóng)金科技有限公司用玉米淀粉作原料，在引發(fā)劑作用下，用乙烯或丙烯單體在淀粉的天然高分子骨架上接枝共聚，最后接枝共聚物靠爆聚放熱自交聯(lián)，從而生產(chǎn)出高效抗旱保水劑。該方法稱為原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)。楊瑞成等利用高溫快速反應(yīng)法成功制備了聚丙烯酸／蒙脫上高吸水性納米復(fù)合材料。在外界溫度為20℃時(shí)，該復(fù)合材料水凝膠所需干燥時(shí)間為128h,此復(fù)合材料可望廣泛應(yīng)用于西部高溫干旱地區(qū)的沙漠化治理。

3.2研究保水劑的有機(jī)一無機(jī)復(fù)合

通過有機(jī)一無機(jī)復(fù)合方法，可制備出性能優(yōu)良、成本低廉、實(shí)用性強(qiáng)的吸水材料。趙娜制備出了白鱔泥／(丙烯酸一丙烯酰胺)高吸水保水材料，吸蒸餾水的倍數(shù)可以達(dá)到1900左右，同時(shí)吸自來水倍數(shù)可以達(dá)到380倍左右，吸生理鹽水能夠達(dá)到124倍，在4000r／min的情況下離心1h后，其保水能力為98.97％。內(nèi)蒙古水利科學(xué)研究院首次采用丙烯酸或丙烯酰胺與凹凸棒土合成有機(jī)一無機(jī)復(fù)合保水劑。抗鈣、鎂離子性能明顯提高，原料成本進(jìn)一步降低，與環(huán)境更友好。產(chǎn)品吸水倍率≥400倍；吸鹽倍率≥70倍；該保水荊適合中國西部年降水量小于400mm，降雨比較集中，沙漠化、鹽堿化嚴(yán)重的特點(diǎn)。

3.3將常量元素、微量元素、植物生長調(diào)節(jié)劑、殺蟲劑、殺菌劑等添加到保水劑中，實(shí)現(xiàn)其多功能化

制備多功能化保水劑主要有兩種方法：一種是進(jìn)行簡單的包裹；另一種是使兩者發(fā)生某種形式的化學(xué)反應(yīng)。林晶將保水劑與化學(xué)肥料按比例配合制得了既能吸水保水抗旱保墑，又具有緩釋肥料功效的保水緩釋肥，并以藥用植物板藍(lán)根為試驗(yàn)對象進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，對其保水效應(yīng)及板藍(lán)根生長狀況進(jìn)行觀察分析，得出了保水緩釋肥可以提高土壤的水分利用率、合理釋放土壤有效養(yǎng)分、促生長作用明顯的結(jié)論。

3.4研究高吸水性樹脂在實(shí)際應(yīng)用中與土壤、作物、肥料等的效應(yīng)問題，以及對灌溉模式。耕作制度和農(nóng)業(yè)設(shè)施等的影響

目前國內(nèi)關(guān)于保水劑的實(shí)際應(yīng)用的研究大多集中在增加入滲、抑制蒸發(fā)等方面。但是大面積推廣應(yīng)用尚缺少理論基礎(chǔ)與技術(shù)指導(dǎo)。莊文化采用離心機(jī)法，分別研究了聚丙烯酸鈉與聚丙烯酰胺在不同的條件下對砂土、壤土、黏土持水能力的影響。結(jié)果表明高分子對砂土的作用效果要優(yōu)于壤土與黏土，因此大面積推廣應(yīng)用應(yīng)首先選擇在土壤偏砂的地區(qū)，實(shí)驗(yàn)證明8／1萬～20／1萬用量效果較好其高分子吸持水分的約83.7％可釋放出供植物利用。楊瑞香等以華南赤紅壤為基質(zhì)，采用盆栽法研究了保水劑對桉樹幼苗抗寒生長及存活率的影響。結(jié)果表明保水劑可以有效提高華南赤紅壤的保溫性能，有利于桉樹苗木抗寒生長。

4保水劑的應(yīng)用展望

在國際上保水劑被稱為繼化肥、農(nóng)藥、地膜之后最有希望在農(nóng)業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的化學(xué)品。但是目前我國保水劑的普及度依然處于較低水平。其主要原因有：一是產(chǎn)品價(jià)格高。二是產(chǎn)品使用性能與實(shí)際需求差距較大，三是沒有認(rèn)清合理的使用方法。隨著我國干旱缺水問題的加劇以及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、恢復(fù)和建設(shè)生態(tài)環(huán)境的需要日益迫切。近幾年來，保水劑發(fā)展迅速，已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)高效節(jié)水、造林種草綠化、蔬菜果樹栽培等領(lǐng)域的重要的化學(xué)節(jié)水技術(shù)：相信不久的將來，以科技為先導(dǎo)和以企業(yè)為主導(dǎo)。保水劑在我國農(nóng)林業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。