功能型保水劑在江蘇丘陵山區生態修復中的應用展望

虞利俊++徐磊++唐玉邦

摘要：保水劑是一種新型的功能高分子材料，吸水量可達自身質量的數百乃至數千倍，具有親水基團多、能吸收水分溶脹又能保持水分不外流的優異性能，因此被廣泛應用于農林、園藝中作為土壤保水劑使用。江蘇丘陵地區的水土流失率非常高，山區地勢落差較大，坡度較陡，林草稀疏，土薄缺水，植被覆蓋率低，缺乏植被固結土壤、截留雨水等屏障作用是丘陵山區水土流失較易發生的一個重要因素。因此，利用功能型農用保水劑的優異保水性能，不僅能提高丘陵山區土壤保水性能，還能提高土壤的保肥能力。介紹了功能型農用保水劑的發展，對其在江蘇丘陵山區的應用進行了展望，對推動江蘇丘陵地區的改良與利用有實際意義。

關鍵詞：功能型保水劑；丘陵山區；生態修復；應用展望；江蘇省

中圖分類號： X171.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0473-02

保水劑使用的是高吸水性樹脂，它是一種吸水能力特別強的功能高分子材料，具有親水基團數量多、能吸收水分溶脹又能保持水分不外流的優異性能，吸水量可達自身質量的數百乃至數千倍，并且有保存能力，可以將水慢慢釋放出來，無毒無害，因此農業上人們把它比喻為“微型水庫”。江蘇省丘陵山區主要分布在與山東省交界的省境北部和與安徽省、浙江省相鄰的省境西部、南部，并延伸至太湖沿湖丘陵帶。江蘇丘陵地區的水土流失率非常高，給丘陵地區的開發帶來了新的難題。江蘇省丘陵山區的水土流失原因主要是由土壤質地、降水、植被、地形地貌等多種因素組成。江蘇省以壤土為主，無人為擾動的自然狀態下水土流失不多。山丘區地勢落差較大，坡度較陡，部分山丘區林草稀疏，土薄缺水，植被覆蓋率低，在降水、徑流等作用下很容易發生面蝕和溝蝕等。缺乏植被固結土壤、截留雨水等屏障作用是丘陵山區水土流失較易發生的一個重要因素[1-2]。

1江蘇省丘陵地區生態修復研究狀況

江蘇省丘陵山區的水土流失原因主要是由土壤質地、降水、植被、地形地貌等多種因素組成。缺乏植被固結土壤、截留雨水等屏障作用是丘陵山區水土流失較易發生的一個重要因素。目前，對于荒坡地的水土保持工作及生態修復研究主要集中在以下幾個方面。

1.1封-造-育型

按照林業分類經營原則，此種類型也可稱為生態林型，是以發揮生態效益為主，起到保持水土、涵養水源作用的一種模式。這是江蘇省建設山地丘陵生態體系的主要模式，適于荒山荒地、殘次林、低產林及其他用地，營造或改建水土保持林、水源涵養林。在坡度陡、土層薄、植被稀少、人工造林難度大，水土流失嚴重的地區，采取封山育林的方法，封育結合，保護現有植被，擴大植被覆蓋率。在適宜造林的地段，首先要保護好現有植被，然后選擇適宜的造林樹種，采取人工造林、留苗養樹、喬灌草結合的方法造林營林。造林時，要盡量減少破土面，加大造林科技含量，提高造林成活率和保存率[3-4]。

1.2林-果-農復合型

這是以發揮生態效益和經濟效益為主的一種建設模式，適宜以小流域為單元的綜合開發治理。根據小流域自然特點，依據土壤、氣候、生物垂直分布規律，在宏觀上采取梯級開發、上欄下蓄、立體利用的模式。也就是在山體上部立地條件差、水土流失嚴重的地段，采取喬灌草結合，選用耐干旱瘠薄的樹種，營造保持水土、涵養水源保護林，主要發揮生態效益。山腰發展經濟林，上干果下鮮果，主要發揮土層較為肥沃深厚、光照充足、通風透氣良好有利于果樹生長的條件[5-6]。

1.3林-農結合型

這是以發揮防護效益為主、保護農田、防止自然災害、提高防災減災能力、增加經濟收入的一種治理模式。適于山地丘陵中下部梯田地堰開發、山前沖積平原林網和沿海防護林體系建設。

1.4高產高效型

此種類型也可稱為商品林基地型，是一種發揮經濟效益為主的建設模式。適于立地條件好、交通方便、水利條件優越的地段，通過綜合治理，走高投入、高產出、高科技、高效益的路子，大力發展名、優、特、稀經濟林和豐產用材林基地，實現生態經濟效益相結合，長中短結合，并與農民脫貧致富相結合的有效途徑[7-8]。

1.5旅游觀光型

隨著社會經濟的不斷發展，人民生活水平的逐步提高，旅游觀光已成為一種新的消費熱點。因此，山地丘陵區要充分地發揮旅游資源的優勢，通過恢復森林植被，完善基礎服務設施，添置植物造景，合理點綴樓臺亭閣，修復廟宇、碑文、石刻，創造舒適的游憩環境，發揮社會效益，增加經濟收入。此類型適于名勝古跡周圍、名山廟宇、旅游干線、交通干道兩側的森林公園的建設。建設山地丘陵生態體系，荒坡地復綠是主體，應采取生物措施與工程措施相結合，綜合治理的方法來完善山地丘陵生態體系，以發揮其生態、經濟、社會三大效益，改善生態環境，促進社會經濟的持續發展[9]。

然而，不論采用何種方法進行丘陵地區的生態體系改造，都必須解決丘陵地區的土壤水肥缺失，且流失較快的難題。眾所周知，影響退化生態系統恢復重建的主導生態因子是土壤因子，主要是土壤肥力和土壤水分。對于極度退化的生態系統，其特點是無植被覆蓋，水土流失嚴重，土壤極度貧瘠，土壤結構及其透水性和保水性差。在雨季階段，雖然降水量多，但絕大部分流失或被蒸發掉，土壤真正吸收的水分很少，植物能夠利用的就更有限。雨過天晴，在強烈的陽光輻射作用下，表土很快呈現出干旱的現象，對植物的生長發育極為不利。干濕季明顯的特點，一方面讓雨季大量雨水流走，并產生徑流侵蝕；另一方面使旱季土壤有效含水量降低，各種植物和土壤微生物存活率低，土壤有機質含量降低，土壤結構性變差，微生物數量和活性下降，加大了土壤退化強度。因此，丘陵地區荒坡地的生態問題首要是控制水土流失，增加雨水入滲率，提高土壤肥力和改善土壤理化結構，增加植被覆蓋率的問題。

2 功能型保水劑在丘陵山區生態修復中的應用前景分析

保水劑可吸收大量水分，并且保水性非常強，還具有吸水可逆性，因此可以被植物吸收和利用，并能在植物根系附近形成一個局部濕潤環境，能很好地起到“微型水庫”的作用。土壤中混入0.1%～0.5%的保水劑后，即使土壤中水分過多或因干早缺水時都能保持土壤的有效濕度穩定，可減少澆水的次數，促進作物生長。由于保水劑在土壤中形成團粒結構，增加土壤透水和透氣性，縮小土壤晝夜溫差；同時，還能吸收肥料和農藥，使之緩慢地放出，提高它們的效果，促進種子發芽和植物生長發育。將保水劑與復合肥一起配制成“抗旱增效復合肥”，用于盆栽花卉，可避免經常澆水施肥，起到抗旱保肥的效果，滿足花卉對各種肥料元素的需要，使花卉花美枝壯。用它種植蔬菜，可使蔬菜收獲量提高2～3倍，并明顯地減少灌溉費用。前期筆者所在項目組以江蘇省徐州地區黃河故道沙質土為對象，利用保水劑進行相關試驗發現：保水劑與沙質土壤混合施用有利于提高土壤的保水能力，添加土壤質量的0.2%亦可看出效果，當添加量增至0.4%時其脫水后期的持水量高于10%的時間達42 d[10]。保水劑自身不能產生水，當土壤較干旱時，靠滲透壓差，它將吸附的水放出，提供植物吸收，而當下雨或澆灌時，它又將周圍多余的水吸進網格中保存，如此往返循環，具有良好的保水性與釋水性。

然而，將保水劑應用于丘陵山區的生態修復與水土保持中，還需要解決降低成本和提高產品適應各種土壤環境、水質條件和重復吸水的能力，以及減少在應用中霉變等方面的難題。目前國內外研制的各種保水劑都對去離子水或蒸餾水有較高的吸水率，吸鹽水率卻降到10%，這就造成在實際應用中大打折扣。要解決以上難題可以從以下幾個方面進行研究。

（1）選擇引發效率高、成本低的引發劑，增加淀粉用量。目前一種研究的新動向是利用無機或有機復合材料和樹脂物理混合，或參與聚合反應制備功能型保水劑[11]。（2）改進工藝路線。如采用分項控制接枝交聯新技術，提高吸水速率。也可以將反應的料液混合均勻后直接加入轉鼓反應器，或采用不銹鋼盤或表面涂有不黏涂層的盤子，在干燥箱中鼓風反應，使反應和干燥一步完成，簡化工藝，縮短反應時間[12-13]。（3）采用變性淀粉為原料，或淀粉和多種單體多元接枝共聚，來提高保水劑的吸水性能，擴大其適用范圍[14-15]。（4）在丘陵山區使用保水劑時，由于是荒地改良，還可將保水劑與有機物料復配，形成保水保肥性能高的樹脂-有機物料共聚復合基質改良丘陵地區荒坡地，以提高丘陵荒坡地的土壤肥力，實現丘陵地區土壤資源的再利用。

3結語

將功能型保水劑應用于丘陵荒坡地的生態修復不僅解決了丘陵地區荒坡地水土流失嚴重和土地資源利用率低的問題，同時拓寬了農業廢棄物資源化利用途徑。采用深耕混合實現土肥交融，配合表層固定化技術等方法實現丘陵地區荒坡地土壤熟化和保水保肥的作用，對推動江蘇丘陵地區的改良與利用意義重大。

參考文獻：

[1]孫洪武，齊博，常有宏. 江蘇省丘陵山區農業綜合開發中主導產業選擇的分析[J].江西農業學報，2009，21（4）：162-164.

[2]樊磊，宋力沁. 江蘇省丘陵山區農業綜合開發的現狀評價與對策[J].江蘇農業科學，2009（6）：469-473.

[3]周應恒，王圖展，楊美麗.機制與角色：江蘇省丘陵山區農業綜合開發模式研究[J].湖南農業大學學報：社會科學版，2005，6（1）：10-12.

[4]陳海霞，馬康貧. 江蘇省丘陵山區農業綜合開發績效評價[J].農業開發與裝備，2009（1）：3-7.

[5]徐海斌，謝忠誼，王麗平. 關于農業綜合開發績效評價機制的思考[J].江蘇農業科學，2008（6）：301-302.

[6]曹宏梅，賴紅偉，朱辛為，等. 農用淀粉系高吸水樹脂的合成及其性能研究[J].安徽農業科學，2009，37（20）：9341-9342，9650.

[7]許俊彥，王友成，葉金華，等. 推進丘陵山區開發促進現代農業發展——關于句容市丘陵山區農業開發的調查[J].上海農業科技，2006（6）：7-10.

[8]吳建寧，孟桂花，劉志勇，等. 淀粉/丙烯酸鹽/鈉基膨潤土高吸水樹脂的制備研究[J].安徽農業科學，2011，39（33）：20466-20468.

[9]張定順. 丘陵山區綜合開發必須堅持八項原則[J].農業開發與裝備，2008（11）：41-42.

[10]唐玉邦，徐磊，虞利俊，等. 高吸水樹脂在沙質土壤中的保水效果分析[J].農業科學與技術：英文版，2014，15（2）：219-221，237.

[11]張立穎，黃祖強，劉子杰，等. 正交設計在機械活化木薯淀粉合成高吸水樹脂中的應用[J].安徽農業科學，2009，37（28）：13437-13439，13467.

[12]趙妍嫣，姜紹通. 淀粉基多孔高吸水樹脂致孔劑對吸液速率影響[J].農業機械學報，2009，40（10）：126-128.

[13]Boddu V M，Ziegler W，Torres T，et al. Super-absorbent polymer gels for oil and grease removal from metal and non-metal surfaces [R].New Orleans：JS3 Working Group Symposium E2S2 Symposium & Exhibition，2012..

[14]Li Z P，Liu B H，Liu F F，et al. A composite of borohydride and super absorbent polymer for hydrogen generation[J]. Journal of Power Sources，2011，196（8）：3863-3867.

[15]Han Y G，Yang P L，Luo Y P，et al. Porosity change model for watered super absorbent polymer-treated soil[J]. Environmental Earth Sciences，2010，61（6）：1197-1205.孫鵬，崔康平，許為義，等. 3種浮床植物對污染水體水質改善性能研究[J]. 江蘇農業科學，2016，44（5）：475-479.