高分子保水劑在土壤水肥保持和污染治理中的應用進展

黃占斌，孫朋成，鐘　建，陳雨菲（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京100083）

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高分子保水劑在土壤水肥保持和污染治理中的應用進展

黃占斌，孫朋成，鐘建，陳雨菲
（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，北京100083）

摘要：高分子保水劑（super absorbent polymer，SAP）是一種具有高吸水和保水能力的高分子聚合物，應用土壤具有水肥保持和土壤改良等多重效應，近年在農業生產、水土保持和污染治理中應用受到重視。該文通過作者多年研究積累和文獻綜合分析，回顧了高分子保水劑發展歷程，提出其效應原理的理論體系，包括保水劑自身吸水、保水和釋水原理，保水劑促進土壤改良和保持效應原理；保水劑提高肥料等農化產品利用效率原理；保水劑調節植物生理節水效應原理和固化土壤重金屬效應原理。此外，文章對保水劑在農業水肥保持與高效利用、土壤重金屬污染治理等方面的研究進展進行了系統分析，并根據其存在問題，指出加強新型產品研制及其應用基礎研究，加快應用技術推廣是保水劑發展的主要方向。

關鍵詞：土壤；污染；農業；高分子保水劑（SAP）；土壤改良；水土保持；水肥利用效率；重金屬污染

黃占斌，孫朋成，鐘建，陳雨菲.高分子保水劑在土壤水肥保持和污染治理中的應用進展[J].農業工程學報，2016，32 （01）：125-131.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.017 http://www.tcsae.org

Huang Zhanbin, Sun Pengcheng, Zhong Jian, Chen Yufei.Application of super absorbent polymer in water and fertilizer conversation of soil and pollution management[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering（Transactions of the CSAE）, 2016, 32（01）: 125-131.（in Chinese with English abstract）doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.017 http://www.tcsae.org

0　引言

高分子保水劑（super absorbent polymer，SAP）是具有吸水和保水能力的一類高分子聚合物，一般可吸收自身400～600倍甚至更高倍數的純水，其所吸水分可緩慢釋放供植物利用。SAP應用于土壤可以改善植物根系與土壤界面的環境狀況，直接提供植物的水分供應；還可通過改善植物根際土壤結構而促進土壤保水，間接供應植物水分。由于SAP有應用量少、見效快、應用范圍廣等特點，因此在農業生產、水土與保持和環境治理等方面等到廣泛應用，發展前景廣闊。

中國農業生產和環境生態建設問題較多，SAP應用范圍多樣，主要包括農業土壤抗旱保水、土壤污染治理等。本文藉此通過對SAP的效應原理理論體系總結和應用研究進行分析，期望為促進SAP在農業生產、水土保持及其環境治理等方面的應用提供參考。

1　高分子保水劑效應原理的研究進展

1.1高分子保水劑的研發歷程與現狀

保水劑的研制起源于20世紀中期，美國研制的淀粉型保水劑在玉米、大豆等作物應用后，引起各方面關注[1-2]。其中日本研發速度最快，現已成為全球最大SAP生產國，主要20家公司年產力已達到10萬t。法國研制出能吸水500～700倍數的“水合土”，在沙特阿拉伯旱區的土壤改良應用取得成功。俄羅斯研制出SAP在伏爾加格勒用量100 kg/hm2，作物增產20%～70%。

中國SAP研發和應用經歷3次較大發展[3]。首次是20世紀80年代，全國40多個科研院所開展研發，在植樹造林和旱區土壤改良等方面得到應用。90年代后期，新型SAP研制加快并得到廣泛應用研究，使用范圍也不斷擴大，形成SAP研發應用的第二次高潮。21世紀以來，隨著氣候變化、植樹造林和抗旱節水等方面的加強，SAP產品研發和應用到土壤改良、城市綠化和荒坡造林、水土保持、邊坡治理、礦區廢棄地復墾，以及保水肥料等新型肥料研發等方面，形成SAP研發與應用的第三次高潮，復合、多功能和低成本保水劑成為發展重要方向。作為一種化學節水技術，中國對SAP研發和應用非常重視，“十五”到“十二五”期間國家“863”節水農業重大專項一直設立“多功能保水劑系列產品研制與產業化開發”課題，作者有幸也一直參與相關課題研究。

1.2高分子保水劑合成途徑與產品類型

高分子保水劑的合成，主要是天然親水性單體經交聯劑和引發劑等助劑發生合成反應而成，其合成反應類型可分3種[3]：一是接枝共聚反應，羧甲基化反應和交聯反應。接枝共聚反應主要是親水單體與聚合物主鏈的活動中心發生聚合，聚合需要交聯劑和引發劑使單體接枝聚合，如以丙烯酸或丙烯酰胺為單體，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑，以過硫酸鉀和亞硫酸氫鈉體系為引發劑，采用水溶液聚合法合成的丙烯酸-丙烯酰胺保水劑；羧甲基化反應主要是淀粉和纖維素等多糖類單體經羧甲基化后可直接植被保水劑，改善了保水劑對鹽分的吸收；交聯反應是目前最活躍的研發應用技術，主要是含有羧基、酰胺基和羥基等單體自身交聯或加入交聯劑聚合的反應，該方法可使不同類型原料的親水單體聚合，可賦予保水劑更多的功能，如凝膠強度和耐鹽性等。保水劑的合成方法一般有本體共聚法、溶液共聚法、反向懸浮聚合法和反向乳液聚合法，較先進的方法還有光輻射聚合法和保水劑的共混和復合。目前，SAP按其原料和合成技術可分為有機單體聚合（如：聚丙稀酸鈉）、淀粉聚合（如：淀粉接枝丙稀酸鈉）、有機無機復合（如：凹凸棒/聚丙烯酸鈉）、有機單體與功能性成分復合（如：腐殖酸型保水劑）等類型[4]。1.3高分子保水劑的效應原理

作者從SAP相關研究文獻，結合大量研究和應用是實踐，總結提出5方面SAP效應原理的理論體系，其中SAP對土壤重金屬化學固化效應是其應用研究領域的新發展。

1）高分子保水劑自身吸水、保水和釋水原理。高分子保水劑具有吸水速度快、吸水倍數大的特點，主要是其含有大量羧基、羥基及酰胺基、磺酸基等親水性基團，對水分有較強的吸附能力，對純水的吸水倍數可達400～600倍；其次，SAP的保水能力也很強，其保水方式有吸水和溶脹2種方式，以后者為主；此外，SAP的釋水性能也很好，可直接為作物提供較長時間供水。研究發現[5]，SAP吸水力13～14 kg/m2，植物根系對水的吸力達17～18 kg/m2。因此，保水劑所吸持水分的85%以上可為植物可利用水。實驗證明[6]，SAP具有吸水和釋水，在干燥和再吸水的反復吸水能力，保水劑的每次反復吸水，其吸水倍率可下降10%～70%，最終失去吸水功能。

不同類型保水劑在保水特性方面，特別是對去離子水、自來水（電導率0.8～1.0 s/cm）和不同離子溶液中的吸水倍數降低率、反復吸水性等方面有較大差異[7]，對其應用范圍有重要影響（表1）。

表1　不同保水劑的吸水性能比較[7]Table 1 Water absorbent comparison of different kinds of SAP

有機單體聚合保水劑（聚丙烯酸鹽）在去離子水吸水倍數最高，在自然條件下10多天的保水性能；淀粉聚合類保水劑成本較低易分解，適宜作物成苗等短時期的土壤保水；有機無機復合保水劑（凹凸棒／聚丙烯酸鈉）、有機單體與功能性成分復合保水劑（腐殖酸型保水劑），反復吸水性和抗二價（Ca2+）和三價（Fe3+）離子特性明顯，適合鹽堿地和廢棄地的土壤改良應用。

2）高分子保水劑促進土壤改良和水分保持效應原理。SAP自身有多種官能團，能與周邊土壤發生各種物理化學反應而促進土壤結構改變，增加土壤的團聚體數量。試驗表明[6]，SAP對0.5～5 mm土壤粒徑的大團粒形成效應明顯，經過比較發現，SAP添加土壤0.005%～0.01%量使土壤團聚體增加效果最明顯。根據SAP在土壤溶液中吸水倍數降低60%左右的結果反推[3]，SAP直接作用土壤水分的效應為40%，其余效應為其提高土壤吸水能力，增加土壤含水量，SAP改良土壤結構的效應則占其效應力的60%。正是該效應使SAP使土壤的容重下降、孔隙度增加，土壤的水、肥、氣、熱得到協調而促進作物生長。研究證明[6]，土壤加入0.1%保水劑在15%坡度模擬降雨條件下，土壤第一次降雨的水分入滲率達到11 mm/h，較無保水劑土壤對照處理高43%，土壤徑流量和土壤流失量分別較對照降低1%和34%；第二次降雨時的水分入滲率、水分和土壤流失量分別較對照高44%、5%和9.4%。

3）高分子保水劑可促進肥料、農藥等農化品的利用效率原理。SAP的表面含有多種官能團，可與土壤間可進行多種離子的吸附和交換。化學氮肥的銨離子等官能團被SAP上離子交換或絡合，在植物根系量作用下緩慢釋放，提高氮肥利用效率。另一方面，SAP上的一些官能團受土壤中離子效應，也會降低其自身的吸水和保水能力，故應用SAP是應考慮此問題。試驗表明[7]，不同類型保水劑對氮素（硝態氮、銨態氮和尿素）保肥效果差異很大，尿素等非電解質肥料與SAP混用保肥效果都較好；聚丙烯酸鈉保水劑對尿素保持較對照提高16%～22%，但對銨態氮保肥效果很差，甚至加速流失；有機無機復合保水劑對尿素和銨態氮保氮效果較對照提高5%～12%；腐殖酸型保水劑對硝銨氮保肥提高20%～30%，對尿素氮肥保持效果在20%。田間試驗[8]發現，SAP與尿素氮肥配合使用，吸氮量和氮肥利用率分別提高18.7%和27.1%。陜西延安試驗[9]，溝施SAP和尿素的馬鈴薯經濟產量分別較對照增加42.7%和33.3%，但SAP與尿素混用則使馬鈴薯增產達75%以上。

目前中國農田的當季氮肥利用率僅30%～35%，磷肥20%～30%，鉀肥40%～50%；全國每年農藥用量50-60萬t，其中高毒農藥占總量70%。過量或不合理使用使70%～80%農藥逸失到環境。因此，SAP應用化肥和農藥，促進其利用效率提高是治理農田面源污染的重要途徑。

4）高分子保水劑對植物生理節水的調節效應原理。SAP的植物效應與其應用方法有關。SAP直接可為種子包衣材料促進種子發芽；采取土壤穴施或溝施應用SAP，可明顯改善植物的根際土水環境，形成干濕交替或植物部分根系受旱，受旱根系產生一種植物受旱信號-植物激素ABA（脫落酸），ABA隨植物莖稈運輸到葉片部分調節氣孔，減少蒸騰而產生植物生理節水效應。試驗證明[10]，作物生長發育過程中在土壤干濕交替或者部分根系受旱時，會產生生長補償效應來彌補產量減少。

1.4高分子保水劑施用方法與成本問題

保水劑在農林生產中應用一般有種子處理（包衣和涂層等）、根部處理（蘸根）和土壤應用，后者是目前應用的主要方法，包括穴施、溝施、地面散施和苗床混施等。實踐證明[3]，單純施用保水劑的用量，根據作物、果樹等施用植物用量不同，如小麥、玉米等或本科作物土壤施用量在30～45 kg/hm2，成年果樹每株15～20 g；在保水劑的效益分析中，施用保水劑的增產增效是明顯的，但影響產投比最明顯的是施用保水劑的人工成本較高。所以，目前高分子保水劑的主要施用方法是與肥料混合，開發肥料與保水劑復合的保水肥也成為高分子保水劑應用基礎研究的重要方面。

2　高分子保水劑在水肥保持與高效利用方面應用

2.1水肥保持及其高效利用與農業生產的發展問題

水是農業生產的基礎，中國農業年用水約4000億m3,占總用水量的71%左右，其中約90%為農田灌溉[11]。農灌用水存在3大突出問題:一是水資源不足,制約農灌面積進一步擴大，干旱加劇，年受旱面積2000～2700萬hm2。二是用水浪費嚴重,灌水利用率40%左右（發達國家80%-90%）。三是水資源遭受嚴重污染。

肥料是農業生產和生態環境治理的重要應用物質。同世界發展中國家一樣，20世紀70年代以來，化肥應用已成為中國農業增產的主要方式。化肥用量持續增加，2013年中國生產純氮、磷肥產量分別為4 710、1 656萬t，農業用氮、磷肥純量2 400萬t和829萬t,已成為世界第一大化肥生產和消費國[12]。化肥平均用量400 kg/hm2，為世界警戒上限225 kg/hm2的1.8倍以上，更是歐美平均用量4倍以上。中國農田當季氮肥的利用率僅25%～35%，比發達國家低10%～15%[13]。

化肥利用率低造成嚴重資源浪費，還引起地表水富營養化面源污染和地下水污染。以氮肥為例，氮肥施入土壤經微生物作用變成硝酸鹽，除作物吸收部分外，大部分以NO3--N在土壤中累積造成土壤酸化或鹽堿化而影響土壤質量，部分在土壤侵蝕中流失到河流湖泊造成水體富營養化，還有部分氮素反硝化形成NO2-N淋滲造成地下水污染，或形成N2O到揮發造成溫室效應和引起臭氧層破壞，形成NOx排放產生酸雨對環境產生系列危害，甚至威脅人畜健康[14]。磷是植物大量的必需元素，目前中國耕地中74%缺磷，所使用的磷肥的當季利用率也僅10%～20%。磷肥利用率低造成直接經濟損失,也隨地表徑流加速水體富營養化[15]。據報道[16]，世界30%～50%土地、中國近50%地下水受到農業面源污染。吉林市1988-2004年地下水硝酸鹽含量檢出率達65.22%,是飲用水水質標準11.5 倍[17]。因此，氮磷肥為主的化肥低利用率不僅造成經濟損失，對環境造成危害，還并威脅人類健康。

2.2高分子保水劑促進水肥保持及其高效利用的進展

土壤水肥保持增效技術包括物理、化學和生物，以及農業工程和地面覆蓋、節水灌溉和配方施肥等農藝技術。其中,SAP研究和應用取得一定進展[18-19]，主要表現在對水分保持增效和肥料緩釋增效方面。

1）在水分保持增效方面。主要包括土壤水分保持、土壤改良和植物生理節水效應3方面，這在SAP作用原理部分已基本介紹。補充說明的是，SAP對水分保持和土壤改良的研究不斷增多。研究發現[20]，在土壤結構差、保水性能低的南方用紅壤施用0.2%的SAP也顯著改善土壤水分保持,同時促進1～0.5 mm土壤團粒結構形成，有效促進玉米生長。SAP能促進土壤水分入滲[21]。SAP對沙土保水性提高效果明顯，并促進玉米生長[22]。但是，眾多研究多停留在對特定SAP保水特性研究，對SAP對土壤改良效應過程中土壤微結構變化和外界因素影響，以及其保水、保肥及重金屬固化等多重效應機理及其應用缺乏系統研究。

2）在肥料保持增效方面。隨著中國面源污染問題加劇，本世紀以來SAP對肥料保持增效研究加快，中國農業部2015年2月發布《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，減小化肥用量和提高化肥利用效率是2大關鍵措施。所以，肥料保持增效和新型肥料研發已成為研究重點[23]。但目前SAP對氮肥品種效應有一些積累，對磷肥和復合肥效應研究較少。據報道[24-25]，SAP在大幅提高土壤持水量的同時，能提高肥料利用效率。試驗證明[26]，電解質類肥料如NH4Cl、Zn（NO3）2等會降低SAP的溶脹度。百喜草栽培中土壤添加SAP，作物生長和產量都得到提高,土壤營養元素淋溶損失也減少明顯[27]。SAP在氮肥溶液中吸水倍數降低，且隨氮肥濃度增大而降[28]。據報道[29]，田間持水量75%和100%時土壤含水量,施0.05%～0.80% SAP可使尿素累積氨揮發量減少8.97%～47.65%和16.78%～72.40%。隨SAP用量增加養分淋失量顯著減少。研究表明[8]，尿素等非電質肥料與SAP等材料混施，能很好地發揮材料的協同作用，實現土壤水分和氮肥最佳耦合，較常規施肥提高水分和氮素利用效率110%和39%以上，增產47.4%。模擬實驗表明[30]，SAP有削減徑流和抑制產沙的作用，淋溶液中總氮和總磷流失量較對照減少28.9%和26.6%。

目前對氮、磷肥等肥料的保持增效的單項研究有一些積累，但對水肥保持效應過程機理研究不足，缺乏SAP對氮、磷肥復合下的水肥保持效應機理及其過程，特別是土壤重金屬污染下SAP對氮磷肥復合保持效應機理。

3　高分子保水劑在土壤重金屬污染治理中的應用

3.1土壤重金屬污染及其危害

隨著社會經快速發展，不合理農業施肥、污水灌溉、污泥應用使土壤重金屬污染已嚴重威脅中國生態環境安全。重金屬污染導致土壤退化、作物產量和品質降低，還通過食物鏈危害人體健康。2014年《全國土壤污染狀況調查公報》表明，中國土壤重金屬總超標率為16.1%，其中耕地達19.4%，Cd、Pb、Ni點位超標率分別為7.0%、1.5%、4.8%。在分布上，南方土壤污染重于北方，礦區周邊和城郊污灌區是重金屬污染的重點地區。24個省（市）工礦、城郊320污灌點中，重金屬超標農產品占80%以上，其中，重金屬Cd、Pb復合污染為主。據報道[31]，中國的重金屬污染每年減產糧食1 000萬t以上，污染糧食1 200萬t，其經濟損失達到200億元以上。

3.2高分子保水劑與重金屬污染的治理

土壤重金屬污染的修復技術，按照學科可分為工程技術、物理化學技術、化學技術和生物技術。文獻計量分析表明，生物修復技術和化學固化修復技術及其配套是目前主要的研究和應用方面[32]。其中，化學穩定化或鈍化固化是重要發展方向，其原理是向土壤添加鈍化劑材料，通過物理化學的吸附、沉淀、絡合和氧化還原等效應改變重金屬的價態，增加重金屬殘渣態和有機態的比例，降低重金屬的生物有效性[33]。目前，農田應用的重金屬鈍化固化材料主要有石灰、粘土礦物、磷酸鹽，以及沸石等礦物吸附材料，以及有機肥及微生物等。

SAP是近年發現對重金屬有固化效應的新材料。報道證明[34]，交聯合成的SAP可促進污水中微生物菌對Cd和Zn穩定化去除。據報道[35]，SAP不僅促進土壤保水改土，還明顯降低土壤中Cu、Zn、Pb水溶性態含量。研究發現[36-37]，聚丙烯酸鹽類SAP可改變土壤理化性質，提高土壤pH，降低土壤Cu、Cd和Ni、Zn等的生物有效性。盆栽試驗證明[38]，土壤添加0.2% SAP，可降低高粱對土壤Cd的生物有效性并促進植物生長。在含有重金屬Cu、Pb、Al、As等污染的廢礦物堆場修復中添加SAP施用75-170 kg/hm2，可明顯促進土壤水分保持和營養吸收，降低植物吸收重金屬[39]。

研究表明[40]，SAP在農田對植物有直接效應，還有就是通過改良土壤理化性能和調節土壤生物的間接作用，通過兩方面降低重金屬的生物有效性。盆栽試驗證明[41]，環境材料（腐殖酸HA、SAP、粉煤灰FM和沸石FS）及復合材料F1、F2、F3（分別FM+SAP+HA+FS、FS+HA+SAP、FM+ SAP+HA）對玉米、大豆生長及土壤重金屬Pb、Cd吸收影響（表2）。單個環境材料及復合較對照明顯減少作物吸收重金屬Pb、Cd，并促進作物生長。SAP及其復合材料F3、F2對土壤重金屬Pb、Cd的固化效果明顯。對比發現，SAP復合材料可使玉米的Pb吸收量較對照降低50%以上，Cd降低80%以上；SAP復合材料使大豆吸收重金屬Pb降低69%以上，Cd降低33%以上。研究發現，SAP及其復材料對土壤Pb、Cd的鈍化固化效應與土壤pH、EC、有機質、養分及土壤酶活性等變化緊密相關。

目前有關SAP對土壤重金屬污染修復研究剛起步,有許多問題有待研究。如：SAP對單個和多種重金屬及其在土壤污染的效應范圍？SAP在土壤水分和氮磷肥不同組合條件下，對重金屬單個和復合污染下的固化效應？SAP對植株生長和土壤質量效應的機理? SAP在土壤水肥和重金屬污染治理中的生態風險評價。

表2　環境材料對大豆、玉米植株干重和吸收土壤重金屬Pb、Cd影響[41]Table 2 Dry matter and heavy metal Pb、Cd content in ground part of soybean and maize to using environmental materials in soil

4　結論與展望

高分子保水劑（SAP）是近年來化學節水的一項重要技術產品，也是備受各界關注的農業水土工程研究課題。經過多年的研究與應用實踐，對SAP的作用機理基本形成較系統的理論體系，主要包括SAP自身吸水、保水和釋水原理、促進土壤改良和水分保持效應原理、提高肥料、農藥等農化產品利用效率原理、調節植物生理節水效應原理，以及鈍化土壤重金屬污染原理。在農業生產、植被建造、水土保持理等方面的土壤水分保持、化肥高效利用取得一定成效和進展，在土壤污染治理方面對重金屬鈍化的研究也開展一些探索。

根據近年來SAP研究的進展和實踐，結合存在問題，高分子保水劑的發展需要加強但方面工作：一是新型環保的SAP產品研制，向多功能方向發展。隨著科學技術進步，SAP原料來源廣泛，不僅是石油裂解的丙烯酸，利用殼聚糖、淀粉和生物質等為原料研發抗鹽堿和可生物降解的保水劑，是環保型產品研發的重要方向。此外，結合其應用技術，研發其與吸附材料、營養材料等復混產品，如鹽堿地、礦區廢棄地的水肥快速改良劑，水土保持型、草地、林地和農地改良的復合保水肥等產品。二是加強SAP的應用基礎研究，包括SAP對土壤和植物效應時效問題，SAP對水肥保持和重金屬污染治理的同步增效問題，以及SAP應用對土壤和農業生產的環境影響評價問題。建立SAP在不同領域的應用產品和技術標準；三是加快SAP的應用技術推廣與示范，包括適合不同氣候和地區的SAP施用方式、施用量和施用技術等。隨著可持續發展理論和循環經濟理論的不斷深化和生態文明建設加快與深入發展，農業生產、植被建造、水土保持和污染治理中對SAP應用將呈現出廣闊的應用前景和巨大的市場潛力。

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Application of super absorbent polymer in water and fertilizer conversation of soil and pollution management

Huang Zhanbin，Sun Pengcheng，Zhong Jian，Chen Yufei
（School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing, Beijing 100083, China）

Abstract:Super Absorbent Polymer（SAP）is one kind of polymer with function of strong water absorbent and conservation.It has been paid attention to application in agricultural production, soil & water conservation and the pollution management in recent years.SAP is synthesized by natural hydrophilic monocase with cosslinking agent and initiator; there are three kinds of reaction type, such as graft copolymerization, carboxymethyl reaction and crosslinking reaction.Based on the raw material and synthetics techniques, the type of SAP can be divided into organic monocase polymer（such as Sodium Polyacrylate）, starch polymer（such as starch graft acrylic acid sodium）, organic-inorganic compound polymer（such as Bump/sodium polyacrylate）and organic monocase and functional component polymer（such as humic acid polymer）.In order to summarize the new achievement of SAP research and analysis the development direction, based on authors' research accumulation and the literature's review, the paper reviews SAP development history, and summarizes the acting principle system of SAP, including five aspects.First is the principle of water absorbing, retaining and releasing of SAP itself.SAP can absorb deionized water 400～600 times or tap water 100 time of itself weight by method of water absorption and the swelling, and more than 85% water can be used by plants.Second is the principle of SAP improving soil and water conservation.SAP can improve the soil aggregate structure, increase the soil porosity and water infiltration, and reduce the evaporation of soil surface.Third is the principle of effect on SAP raising the use ratio of fertilizer, pesticide and other chemical materials.On fertilizer conservation and the use efficiency, SAP has the function on controlling nitrogen release and increasing the phosphorus release in soil.The key rule of SAP is major on reducing the rate of nitrogen release owing to nitrogen ions exchanged with functional groups of SAP and soil, the effect is stronger with increasing of SAP amount in soil.Meanwhile, SAP can increase the release rate of phosphorus fertilizer owing to the activating of soil phosphates.Fourth is the principle of effect on SAP raising water use efficiency by adjusting the plant physiological function to raise water use efficiency.This is related with SAP use way, in normal SAP is used in pot or furrow, this way can supply water directly for part root of plants, and other part root is in drought that can make plant root produce hormone ABA, and which can be moved to leaf to adjust stomata optimally for water use efficiency.Fifth is the principle of SAP effect on soil heavy metal immobilization.Heavy metal pollution in soil is a very serious problem in farmland environmental protection in China, especially Cd and Pb compound pollution.The experimental certificated that SAP and the compound materials can decrease over 50% heavy metal Pb and 80% Cd absorbent by maize in soil, and also immobilized over 69% Pb and 33% Cd absorbent by soybean in soil.On the other hands, the paper also analyzes the research development in agricultural production, vegetation construction, soil & water conservation and the pollution management, especially on water and fertilizer conservation and the high efficiency use, heavy metal pollution management of soil, etc.According to the exiting problems and practice production requirement, the development direction of SAP is to enhance the develop new type of SAP, strengthen the application basic research and the extensive technology transfer in future.

Keywords:soils; pollution; agriculture; super absorbent polymer（SAP）; soil improving ; soil & water conservation; water and fertilizer use efficiency; heavy metal pollution

作者簡介：黃占斌（1961-），男，陜西武功人，教授，博士生導師，1983-2003在中國科學院水利部水土保持研究所工作，2003至今在現單位。主要從事農田水土保持與高效利用、植物生理生態、環境材料和化學節水術等方面科教工作。北京中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院，100083。Email：zbhuang2003@163.com

基金項目：國家自然科學基金（41571303）；三峽后續工作科研課題（2015HXKY2-4）

收稿日期：2015-10-08

修訂日期：2015-11-22

中圖分類號：S15

文獻標志碼：A

文章編號：1002-6819（2016）-01-0125-07

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.017