保水劑在水土保持中的應用

劉海軍

【摘 要】本文介紹了保水劑的水土保持作用機制、在水土保持應用中的關鍵因素、水土保持效益以及目前應用中存在的問題。

【關鍵詞】保水劑；水土保持；防治機制；關鍵因素；存在問題

[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

我國保水劑方面的研究起步較晚，始于20世紀80年代，目前除了將保水劑大量應用于工業外，節水農業和環境治理等方面的應用還處于試驗探索階段。我國經濟發達的南方諸省，在城市美化、道路護坡、荒礦治理、果蔬及經濟作物栽培，以及防護林和經濟林建設等領域有一定程度的應用，但與發達國家相比相差甚遠。

1 水土保持作用機制

保水劑是一種高分子化合物，具有強吸水、保水及反復吸水功能，能迅速吸收自身質量幾百倍甚至上千倍的水分，吸持后的水分85%～95%可緩慢釋放供作物利用。保水劑的分子鏈無限長地連接著，分子之間呈復雜的三維網狀結構，使其具有一定的交聯度； 在其交聯的網狀結構上有許多羧基、羥基等親水基團，當它與水接觸時，其分子表面的親水性基團電離并與水分子結合成氫鍵，通過這種方式吸持大量的水分。在吸水過程中，網鏈上的電解質使得網絡內部溶液與外部水分之間產生滲透勢差，外部水分不斷進入分子內部。保水劑網絡上的離子遇水電解，正離子呈游離狀態，而負離子基團仍固定在網鏈上，相鄰負離子產生斥力，引起高分子網絡結構膨脹，在分子網狀結構的網眼內進入大量的水分。保水劑在水中只膨脹形成凝膠而不溶解。當凝膠中的水分釋放殆盡后，只要分子鏈未被破壞，其吸水能力仍可恢復。保水劑應用于水土保持，主要作用是保水、保土和保肥。

2 應用中涉及的主要因素

保水劑類型的選擇對其水土保持效益起著關鍵性的作用，關系到如何在水土保持中施用以及怎樣發揮更好的效果，如在荒漠地帶，為能將降雨及時吸收，不僅要考慮使用吸水倍數較高而且吸水速率快的保水劑，還要考慮保水劑的反復利用效果。國內治理水土流失的高分子聚合物多為 PAM（聚丙烯酰胺） ，保水劑多用于農業生產，應用在水土保持方面的研究較少。保水劑在農業上的施用方法有種子涂層（種子包衣、浸種）、與土壤混合、凝膠蘸根、飛播及流體播種、作培養基質等。保水劑用于水土保持，國外的施用方法主要是與土壤混施。綜合來看，保水劑應用于水土保持，施用在0～10 cm土層效果顯著，PAM在水土保持中的應用多采用溶解法、撒施法、噴灑法等，多集中在土壤表層。在水土保持應用中，保水劑的使用量還沒有統一的規定，一般使用量因施用方法、目的、土壤質地等因素的不同而不同。在水土流失治理中施用保水劑，一般采用一個產投比高的施用量。在抗旱造林中使用的保水劑，其施用量并不是越大越好。使用量應該科學合理，使用量太小，發揮不了蓄水保墑的功效，使用量太大，不僅提高了造林費用，而且雨季會導致土壤蓄水過量，造成樹根腐蝕。針對土層較深較厚、保水保肥能力好的壤土或者黏土地，保水劑的使用量應該適量減小，而對于土層比較淺、保水保肥能力弱的沙地、貧瘠地，應適量增加保水劑。在干旱或者半干旱氣候區，應該適量增加保水劑用量，而季節性干旱氣候區，可以適量減小保水劑用量，通常增加或減小的幅度大約為20% 。如果土壤的含鹽量偏多，保水劑的使用量必須要大，特別是鹽堿地。保水劑應用于水土保持，其作用的發揮還存在一個效應時間和效應空間。保水劑吸水性能主要受其本身的組成和結構，以及水溶液或土壤中的鹽分組成、土壤質地和pH值等因素的影響，而實際應用中還與外界環境條件，包括土壤溫度、濕度、微生物狀況、土壤干濕交替程度等因素有關； 所以，保水劑應用在治理水土流失的過程中，并不是任何情況下都有效果。

3 水土保持效益

目前我國森林覆蓋率低，水土流失嚴重，林草措施在水土保持中占據重要地位。干旱少雨區成功造林是全世界面臨的難題。保水劑在造林綠化中有顯著作用。保水劑應用于水土保持，不僅可吸收、保存降水，減少徑流，增加土壤水分入滲，改善土壤結構，減少水土流失，改善土壤生態功能，而且在作物需要水分時，能將保存的水分釋放出來促進作物生長。保水劑在保持水土的同時還可產生一定的農業經濟效益，促進了保水劑在水土保持中的應用。我國應用保水劑防治水土流失還處于起步階段。從理論上分析，保水劑具有良好的水土保持效應，但在實際應用過程中還存在很多問題。例如： 產品價格高、產品使用性能與實際需求差距較大； 缺乏對保水劑作用原理的全面正確理解； 應用技術缺乏規范； 等等。這使得保水劑的作用沒有得到充分發揮甚至出現一些相反的結果。而且保水劑應用效果受多種因素影響，如土壤質地、施用時機及方法等，給保水劑的使用帶來很大的困難。在實際應用保水劑過程中，要在室內和田間針對本地區的具體自然狀況進行多項試驗，確定保水劑施用的最佳類型、施用量、施用方法等，保證保水劑的施用效果。