高分子保水劑應用現狀及其發展前景

王 艷，張俊清，陳 娜

（唐山師范學院，河北 唐山 063000）

0 前言

高分子保水劑（Super Absorbent Polymer，SAP），它是三維網狀結構的，是一種高分子聚合物，其結構使保水劑有超高的吸水保水和緩釋肥料的作用。在植物栽培方面使用，能有效改善土壤生態環境，給植物直接提供所需的水分；還可以間接供應植物水分，進一步有效改善植物根際周圍的土壤結構。高分子保水劑的用量少，但見效快、穩定性強、可重復利用、環保無污染、應用范圍廣泛，在農業生產、水土保持、園林綠化、植物栽培等方面有廣泛的應用，可改善農業生產和環境生態建設問題。應本文通過對SAP 的特性和應用進行總結分析，期望在例如花卉栽培運輸等新型應用技術方面得到廣泛應用。

1 保水劑的種類及其性能

1.1 保水劑的種類

保水劑按照原料進行分類，通常將保水劑主要分為三大系列：①淀粉系列（主要有淀粉接枝、羥甲基化等）；②纖維素系列（主要有羥甲基化、接枝等）；③蛋白質型保水劑（例如大豆蛋白、絲蛋白類）；④合成聚合物系列（它包括聚丙烯酸系、聚氧乙撐系等）；⑤混合型的保水劑（有保水劑混合高分子、無機物、有機物等材料）；⑥其他（包括果膠、膨潤土改性聚丙烯酸鈉等）[1-2]。

1.2 保水劑的性能

由于保水劑的結構是復雜三維網狀結構，所以可以快速地吸收并保持水分，緩慢釋放土壤肥料，對土壤團粒結構和孔隙度有一定的改善作用，抑制土壤水分蒸發，減少淋失養分，促進農作物生長。可與多種物質協同作用，復合使用；其具有一定的保水率、熱穩定性、耐光性、儲存穩定性、反復使用性；施用于土壤可利用吸收的水分調節土壤溫度，減小晝夜溫差，保水劑可以與土壤黏粒之間產生吸附作用，從而進一步提高土壤抗侵蝕的能力，發揮其保土的目的[3]。可以對土壤的物理性質進一步改良，加強營養元素的吸收和滯留，在多方面展現其優良性能。

2 保水劑的作用

2.1 提高水肥利用率

保水劑作為肥料載體可提高水肥利用效率，具有一定的增產效果，保水緩釋肥料功能比較明顯，是可持續的。能明顯抑制土壤的累積蒸發量，保水劑濃度越大，顆粒越小，抑制土壤無用蒸發的能力越強；土壤團聚體越多.滲透壓越大，交聯密度越小，吸水能力越強；且對光和熱具有較強的穩定性[4]。保水劑在保持水分方面，對沙土含量較高的土壤作用較為明顯，施用后能夠有效減少肥料溶淋損失，有效抑制肥料流失造成的土壤飽和水增多，從而避免水質污染達到環保目的。土壤中施加保水劑能夠降低入滲率、提高持水量、減少累計蒸發量、增加土壤中有效養分離子含量和儲存養分的能力，且用量越多，土壤持水量越高，阻滲的能力越強[5]。施用保水劑能夠使土壤溶液中的水分和養分達到動態平衡，從而緩釋養分保持水分。保水劑相當于土壤內的“水肥銀行”，能夠提高土壤保水持肥性能。

2.2 提高土壤微生物活性

保水劑施用于土壤中能夠增加透氣性、促進有機質礦化和腐殖化并降低土壤容重，優化土壤中的微生態環境，增強保水供肥性能，提高根系活性和增加根系分泌物，從而提高植物抗脅迫的能力，在植物的生長發育方面起促進作用。在楊樹人工林中施用，可以降低土壤容重、使根部的透氣性進一步加強、它使土壤中碳和氮的含量也會相應提高、使土壤微生物的活性得到改善，進而人工林培育效率[6]得到進一步的提高。

2.3 改善土壤性質

保水劑具有耐鹽、耐高溫的作用，將其施用到干旱的土壤中，可以改善土壤性質，保水劑中的水分可以控制土壤中的鹽分，降低鹽堿地氮肥損失，減少水分蒸發損失，增加土壤含水量；降低鹽堿地土壤水分蒸發和養分淋溶損失，對鹽堿地改善具有重要意義[7]。保水劑能夠改良土壤物理性質，增強營養元素吸收和滯留，保水劑用于礦區修復可以解決礦區地面凹陷開裂、水位下降、植被破壞、土壤含水率低、土壤容重小、土壤肥力低、土壤水肥流失嚴重等一系列問題，有利于礦區土地的改善[8]。保水劑以其卓越的功能和性質達到改良土壤的作用，其研發和使用對優化生態環境、提高土壤質量，改良土壤環境具有重要意義。

2.4 促進植物生長

保水劑可以使土壤內的有機質加速分解和礦化，使土壤營養增多，進一步加快植物的生長，從而使植物產量增多。可以吸附銅離子和鉛離子來減少其檸條種子萌發和幼苗生長的脅迫，利于重金屬污染地區被破壞植被恢復[9]。野外試驗表明合理使用保水劑能夠提高植物生長指標、光和效率，有利于生物量的積累，使植物生長得到進一步加快[10]。草莓盆栽施用保水劑能夠減少土壤水分損耗，能夠固定土壤水分，降低土壤水分，能夠促進草莓苗的生長發育[11]。在食用菌栽培過程中在栽培基質中加入適量保水劑可使菇類增產30%～50%[12]。

2.5 改善土壤生態環境

據調查，我國農戶存在過量施用農用肥料提高單位面積土地生產率，造成土壤施肥過盛、化肥利用率低、農戶施肥不科學不合理，造成肥料利用低污染環境問題[13]。保水劑可加大土壤中水肥利用效率，其官能團可以吸附、交換或絡合土壤中化學肥料氨氮等離子，提高利用率，從而減少化學肥料施用過量對土壤造成的破壞。使用保水劑充分利用肥料，增長有效成分持續時長，從而減少肥料用量，對于建成資源節約型、環境友好型社會有重要意義。

3 保水劑市面上應用現狀

3.1 農業種植方面

①種子涂層包衣；②拌種；③保水劑肥料合施；④施苗木蘸根；⑤直接施用；⑥無土栽培基質；⑦樹苗栽植；⑧經濟林追地。目前有很多適用于農業的新型保水劑復合肥例如：何緒生的保水型包膜尿素肥、馮晨的仿生聚合物多功能控釋肥、李琦琛的保水型高分子緩釋氮鉀肥、倪博立的環境友好型多功能控釋肥、趙利的磷酸酯雙淀粉復合保水劑緩釋肥，保水劑能夠解決土地干旱問題，改良土壤生態環境，減少土地重金屬污染，有利于提高土地和肥料的利用效率，從而推動我國農業的發展，有利于建設環境友好型，資源節約型社會。在穴盤育苗基質中添加適量保水劑有利于增加基質持水量，提高通氣性，能夠明顯促進幼苗生長發育，有利于秧苗茁壯生長。

3.2 園林綠化

人們生活水平和生活品質不斷提高，對生活綠化的要求也日益增多，園林綠化培育需要消耗大量的水資源，保水劑不僅可以起到保水節水作用，也可節約肥料投入，減少人力投入和資源浪費。保水可用于綠化苗木的移栽、花卉種植、草坪鋪設、種子包衣或造粒、花木保鮮等方面可明顯提高其成活率，增強其質量。保水劑應用于綠化屋頂可有效削減雨水徑流，可以解決城市雨洪問題，減少雨水污染凈化水質。邊坡土壤貧瘠，水分易流失，種子混合保水劑播種能夠提高幼苗存活率，提高植物發芽率，維持邊坡土壤水分和養料，從而達到固定保護的作用，減少人工和肥料成本。

3.3 花卉栽

利用保水劑進行浸蘸月季花鮮切花枝葉，能夠降低蒸騰量、呼吸速率從而延長鮮切花保鮮期，這一途徑能夠有效提高提高切花品質。翠菊移栽穴施保水劑，能夠提高光合速率、葉片水勢有所降低、抗旱能力相應提高、從而使生長發育速度得到加快、緩苗時間也顯著縮短，其對觀賞植物的栽培運輸等發面具廣闊應用優勢。將保水劑與花盆土混拌、制成水凝膠、按0.5%～1%的比例同水配制成營養液，再同其他的所用基質混合應用于花卉盆景可以有效保持水分，減少澆水次數。

3.4 保水劑的其他應用

保水劑水產品加工和貯藏方面有優良性能，保水劑可以減少蝦仁的水分散失，增強其保水能力，從而提高蝦仁保鮮時間，在生鮮產品的運輸和儲存中發揮良好的作用。保水劑在醫療衛生方面有很多應用，例如衛生巾、紙尿褲等產品都有保水劑的應用，能夠提供日常生活的衛生保障。將高吸水性樹脂添加到混凝土中可以將保水劑的水緩慢釋放到混凝土中，可以避免早期自干作用和自收縮變形，使混凝土更加耐久[24]。保水劑其具有立體三維結構，能夠吸附土壤中的重金屬離子，達到土壤重金屬治理的作用。此外，保水劑在果蔬保鮮、油井堵水劑、銅版紙涂料、氣溶膠沉降劑等多方面多領域有應用。

4 前景與展望

保水劑已經滲透到人們日常生活的方方面面。保水劑的結構成分不斷更新，使用方式方法也在不斷改進創新。保水劑在工業、農業、日常生活等方面有極其廣泛應用前景。保水劑在花卉盆栽，植物育苗等方面具有較大潛力；能滿足小麥等農作物在不同生長發育時期的水分需求量；解決君子蘭等花卉運輸條件嚴苛問題；且市面上已經出現以保水劑為主要成分的煙灰清潔劑等新型日用品，由此可見，保水劑具有及其廣闊的發展前景。