保水剂在水土保持中的应用

刘海军

【摘 要】本文介绍了保水剂的水土保持作用机制、在水土保持应用中的关键因素、水土保持效益以及目前应用中存在的问题。

【关键词】保水剂；水土保持；防治机制；关键因素；存在问题

[Abstract] Super absorbent polymers were introduced in this paper the mechanism of soil and water conservation， in the application of the key factors of soil and water conservation， soil and water conservation benefit and the problems existing in the current application.

[Key words] water-retaining agent； water and soil conservation； prevention and control mechanism； key factors； problems

我國保水剂方面的研究起步较晚，始于20世纪80年代，目前除了将保水剂大量应用于工业外，节水农业和环境治理等方面的应用还处于试验探索阶段。我国经济发达的南方诸省，在城市美化、道路护坡、荒矿治理、果蔬及经济作物栽培，以及防护林和经济林建设等领域有一定程度的应用，但与发达国家相比相差甚远。

1 水土保持作用机制

保水剂是一种高分子化合物，具有强吸水、保水及反复吸水功能，能迅速吸收自身质量几百倍甚至上千倍的水分，吸持后的水分85%～95%可缓慢释放供作物利用。保水剂的分子链无限长地连接着，分子之间呈复杂的三维网状结构，使其具有一定的交联度； 在其交联的网状结构上有许多羧基、羟基等亲水基团，当它与水接触时，其分子表面的亲水性基团电离并与水分子结合成氢键，通过这种方式吸持大量的水分。在吸水过程中，网链上的电解质使得网络内部溶液与外部水分之间产生渗透势差，外部水分不断进入分子内部。保水剂网络上的离子遇水电解，正离子呈游离状态，而负离子基团仍固定在网链上，相邻负离子产生斥力，引起高分子网络结构膨胀，在分子网状结构的网眼内进入大量的水分。保水剂在水中只膨胀形成凝胶而不溶解。当凝胶中的水分释放殆尽后，只要分子链未被破坏，其吸水能力仍可恢复。保水剂应用于水土保持，主要作用是保水、保土和保肥。

2 应用中涉及的主要因素

保水剂类型的选择对其水土保持效益起着关键性的作用，关系到如何在水土保持中施用以及怎样发挥更好的效果，如在荒漠地带，为能将降雨及时吸收，不仅要考虑使用吸水倍数较高而且吸水速率快的保水剂，还要考虑保水剂的反复利用效果。国内治理水土流失的高分子聚合物多为 PAM（聚丙烯酰胺） ，保水剂多用于农业生产，应用在水土保持方面的研究较少。保水剂在农业上的施用方法有种子涂层（种子包衣、浸种）、与土壤混合、凝胶蘸根、飞播及流体播种、作培养基质等。保水剂用于水土保持，国外的施用方法主要是与土壤混施。综合来看，保水剂应用于水土保持，施用在0～10 cm土层效果显著，PAM在水土保持中的应用多采用溶解法、撒施法、喷洒法等，多集中在土壤表层。在水土保持应用中，保水剂的使用量还没有统一的规定，一般使用量因施用方法、目的、土壤质地等因素的不同而不同。在水土流失治理中施用保水剂，一般采用一个产投比高的施用量。在抗旱造林中使用的保水剂，其施用量并不是越大越好。使用量应该科学合理，使用量太小，发挥不了蓄水保墒的功效，使用量太大，不仅提高了造林费用，而且雨季会导致土壤蓄水过量，造成树根腐蚀。针对土层较深较厚、保水保肥能力好的壤土或者黏土地，保水剂的使用量应该适量减小，而对于土层比较浅、保水保肥能力弱的沙地、贫瘠地，应适量增加保水剂。在干旱或者半干旱气候区，应该适量增加保水剂用量，而季节性干旱气候区，可以适量减小保水剂用量，通常增加或减小的幅度大约为20% 。如果土壤的含盐量偏多，保水剂的使用量必须要大，特别是盐碱地。保水剂应用于水土保持，其作用的发挥还存在一个效应时间和效应空间。保水剂吸水性能主要受其本身的组成和结构，以及水溶液或土壤中的盐分组成、土壤质地和pH值等因素的影响，而实际应用中还与外界环境条件，包括土壤温度、湿度、微生物状况、土壤干湿交替程度等因素有关； 所以，保水剂应用在治理水土流失的过程中，并不是任何情况下都有效果。

3 水土保持效益

目前我国森林覆盖率低，水土流失严重，林草措施在水土保持中占据重要地位。干旱少雨区成功造林是全世界面临的难题。保水剂在造林绿化中有显著作用。保水剂应用于水土保持，不仅可吸收、保存降水，减少径流，增加土壤水分入渗，改善土壤结构，减少水土流失，改善土壤生态功能，而且在作物需要水分时，能将保存的水分释放出来促进作物生长。保水剂在保持水土的同时还可产生一定的农业经济效益，促进了保水剂在水土保持中的应用。我国应用保水剂防治水土流失还处于起步阶段。从理论上分析，保水剂具有良好的水土保持效应，但在实际应用过程中还存在很多问题。例如： 产品价格高、产品使用性能与实际需求差距较大； 缺乏对保水剂作用原理的全面正确理解； 应用技术缺乏规范； 等等。这使得保水剂的作用没有得到充分发挥甚至出现一些相反的结果。而且保水剂应用效果受多种因素影响，如土壤质地、施用时机及方法等，给保水剂的使用带来很大的困难。在实际应用保水剂过程中，要在室内和田间针对本地区的具体自然状况进行多项试验，确定保水剂施用的最佳类型、施用量、施用方法等，保证保水剂的施用效果。