保水劑的發展前景

魏云浩 李宇鵬 李進 袁照年

【摘? ?要】 保水劑能夠吸收其自身體積和重量數倍的水分從而增加土壤含水率、改善土壤團粒結構、提高肥料利用效率，吸持后的水分85%～95%可緩慢釋放供作物利用，促進農作物生長，在節水農業生產等方面具有廣泛的應用價值。但是保水劑自身還存在許多問題需要進一步的完善。本文綜述了保水劑在農業的原理、應用及前景。

【關鍵詞】 保水劑;原理;應用前景

The development prospect of water retention agent

Wei Yunhao1? ?Li Yupeng1? ?Li Jin1? ?Yuan Zhaonian2*

（1 College of Crop Science， Fujian Agriculture and Forestry University，? ?350002）

（2 National Engineering Research Center for Sugarcane， Fujian Agriculture and Forestry University? ?350002）

[Abstract]? Water retaining agent can absorb water of its own volume and weight several times to increase soil moisture content， improve soil aggregate structure and improve fertilizer utilization efficiency. 85%～95% of water after sucking can be slowly released for crop utilization and promote crops. Growth， and has a wide range of applications in water-saving agricultural production agricultural water-saving products. But there are still many problems that need to be overcome. This article will review the application prospects of multifunctional water retention agents in agriculture.

[Keywords]? ?water retention agent; principle; application prospect

隨著工業的迅猛發展，目前人類面臨著許多的環境問題，其中持續性的干旱，已經成為制約農業經濟發展的主要問題之一[1]。我國正面臨耕地嚴重缺水退化和土地荒漠化問題，全國平均每年受旱的耕地面積就約3000萬km2，嚴重的影響了農業穩定性和可持續性發展[2]。如何保持固土保水成為了近幾年的熱門話題，因此，保水劑的發展成為了新的研究方向。

1? 保水劑的概念

保水劑是具有大分子量的有機聚合物化合物和具有交聯聚合結構的三維網絡結構。水分先是通過自身分子存在的大量空間吸收數倍甚至數十至數千倍于其自身重量的純水[3]。水再通過化學吸附、物理吸附和網狀吸附進行吸收，并且在吸收水之后，保水劑變為水凝膠狀態，然后根據植物對水分的需求緩慢釋放出來被作物吸收和利用。保水劑顯著改變作物根系發育，改變了土壤的理化性質，并改善作物生理和肥料利用率[4]。

2? 保水劑的作用機理

保水劑具有交聯和聚合的大分子結構，由于其具有特殊的分子網狀結構，可以吸收自身重量的幾十至上千倍水分，而且吸附在保水劑中的水分不易擠出，因此具有強大的水處理能力。保水劑可以吸收和釋放水，保水劑可以與化肥、除蟲劑和生根粉一起使用，然后緩慢釋放以顯著提高成分利用率。保水劑不會發生爆炸，沒有污染且無腐蝕性，可以有效的降解土壤中的有害物質和成分。多功能復合保水劑原料添加了節約灌溉用水的成分，加速復合保水劑的吸水率，減少水分流失，提高水利用率，大大降低制造成本[5]。

3? 保水劑的性能

3.1? 吸水能力

吸水能力包括吸水率和吸水率。吸水倍數是指保水劑吸收的水質量與其自身質量的比值，反映了可以吸水的最大保水劑量，是保水性能的重要指標之一 [6]。 吸水率越大，可保留的水分越多，水越容易被作物吸收。劉亞琦等[7]采用10種農業保水劑對比吸水倍數，發現玉米淀粉 - 丙烯酸共聚物保水劑具有最佳的吸水性能[8]。

吸水率是每單位時間內由保水劑吸收液體的體積或質量，這是衡量保水劑是否能夠快速吸水的重要指標[9]。保水劑的吸水過程基本上也是和其他的吸收過程相似，即吸水率先高后緩慢，不被吸收時則達到飽和平衡狀態。

劉亞琦等[5]發現聚丙烯酸酯開始時迅速吸收水分，并且其中的液體量不斷地下降，直至到達飽和狀態。而適合農業的應該是一開始便能迅速吸水的保水劑，而聚丙烯酸-無機礦物復合型保水劑便具備了這種條件，所以該保水劑更適合農業。陳曉蓉等[10]表明，添加粉礦粉合成合成油可以獲得更好的優勢，減少水的成本，保持較高的保水性能。

3.2? 保水能力

保水能力是被充分吸收后的保水劑供水能力的比率，可以通過保水率來衡量保水能力的大小 [11]。然而，我們傳統意義上的土壤學一般會將水分分為結合水和自由水，而不是簡單地把土壤水分含量作為一般措施。

3.3? 保肥能力

作為一種超強吸水樹脂，保水劑主要就是通過吸附和離子交換的作用來控制肥料養分的釋放[12～14]。Paul等[15]發現加入保水劑在廢水中和動物糞便溶液中更有助于吸附溶液中的氮磷鉀等營養元素。茍春林等[16]表明，保水劑吸收大量水分，可以不斷地提供適量的溶液中的離子和肥料分子，施肥濃度越高保持量越高; 除尿素外，保水劑對肥料的保持率隨著肥料濃度的增加而降低。因此，尋求保水劑合適的肥料濃度是研究的重要問題。

4? 保水劑的應用

4.1? 在荒漠化地區施用

在干旱地區種植樹木時，在根部周圍挖一根靠近根部的土溝，然后將保水劑和細土均勻攪拌，撒入土溝。在填充和澆水之后，可以使用保水劑。保水劑通過溝渠施用或穴位施用在耕地上形成覆蓋的保水膜，為作物提供水和其他活性成分。 該方法可以隨時開展隨時實施。

4.2? 對種子進行包衣

在制備一定濃度的保水劑并與種子混合后，可以在種子表面形成一層保護膜，既可有效防止刺激因素對種子的影響，又可為種子提供營養成分和所需的水分，這對種子的保存和發芽非常有益。由于地下因素會影響種子萌發過程中種子的萌發，因此營養物質，農藥等將按一定比例包裝，可以有效避免地下惡劣因素對種子的不利影響。

4.3? 對根部環繞

使用保水劑對作物或其他花卉的根部進行涂層，可有效的防止爛根病蟲害等問題的發生，可以提高成活率。保水劑的施用還可以改善根系附近的土壤，有利于作物對礦質元素的吸收。

4.4? 可用作基質

按一定比例均勻混合保水劑與營養成分及其他基質后，用作作物的無土栽培基質。可以為作物的生長提供必要的營養元素和水分，并且作物可以根據自身需求隨時補充養分，能夠有效的解決營養過剩或不足的問題。

5? 保水劑目前的問題

5.1? 對保水劑的研發較少

現有的保水劑主要由有機單體聚合而成，十分單一，僅從提高保水性能的方面，片面追求高吸水率和速率，忽略了保水劑的差異。

對于保水劑的投入研究較少，新型保水劑的推廣力度也不夠，其用法用量鮮為人知，作為一種無公害、可降解的新型農業節水制品，應先進行局域范圍內的推廣使用，進而推廣至全國使用[18]。

5.2? 未能意識到保水劑的功能

經過在田間對于直接從事勞作的農民的調查，其對于保水劑的了解知之甚少，對于保水劑的功能更是未曾聽說。

5.3? 缺乏對環境影響的評價研究

未完善不同類型保水劑的應用規格和標準。到目前為止，有許多品牌的保水劑，將來還會開發出各種各樣的產品。由于應用的產品類型，土壤質地，水質，測試條件等不一致，導致許多測試結果相互矛盾。保水劑可以提高作物的出苗率。對于農業生存率和作物生長以及水資源保護，土壤保持，肥料保護和作物生長的評價少之又少[19]。

6? 對保水劑前景的展望

保水劑施加入土壤后，可以通過自身的特殊結構來改善土壤的物理性質、提高土壤水分利用率以及促進農作物生長發育，因而保水劑在我國節水農業具有巨大的開發潛力和廣闊的應用前景[20]。保水劑的制作成本也應該考慮進去，不能因過分的提高保水劑的效果而忽略了保水劑所具有的市場價值，應適當的注意保水劑的使用方法和用量，找尋最適合的配比方案，為廣大農民提供合理的使用方法。此外，由于保水劑材料的不斷快速地更新，對于保水劑的安全和其對土壤的危害應及時的做出相關的應對措施。

其中，各種機構對于保水劑的宣傳也應該進行起來，配合各種農業機構，例如種子站等進行宣傳和體驗發放，讓保水劑的功能像化肥的使用一樣深入人心，多多體現出保水劑的優勢，對于干旱缺水的地區更應該有機會免費推廣一段時間，讓廣大的農民朋友認識到保水劑的好處所在，建立起高級研究和基層使用沒有隔閡的體系，讓每個人都能感到科學研究對于自己的生活帶來的深切體驗！

另外，由于保水劑目前的研發少之又少，因此，推廣保水劑的使用也是重要的一部分，要讓大眾意識到保水劑的好處和應用前景。保水劑在研究過程中，也出現了很多的問題，為了使用保水劑更加合理有效，建立一種保水劑的生態風險評估方法是一種十分必要的手段，并對土壤生態系統的影響進行系統評價。在不斷的完善中提高保水劑在農業中的功能，為農業和農民的農作效率做出應有的貢獻！

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