幾種化學材料在農業(yè)生產中的應用

周依雪

摘 要：隨著我國農業(yè)的發(fā)展和環(huán)境的污染與破壞不斷嚴重，需要對農業(yè)生產提供一種新的方法理念來使其滿足持續(xù)增加的人口與生活水平的需要，那就是本篇討論的利用化學材料促使充分利用資源來維持農業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：農業(yè)；保水劑；稀土元素；沸石；PAM；環(huán)境保護

中圖分類號：S-0 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933002

引言

農業(yè)作為第一產業(yè)，是支撐國民經濟建設與發(fā)展的基礎產業(yè)，更是我國建國以來的重點發(fā)展產業(yè)，為我國今后為人民提供良好的生活環(huán)境與條件打下了堅實的基礎，雖然隨著經濟的發(fā)展，農業(yè)所占比例有所下降，但其發(fā)展勢頭卻一直方興未艾。所以，更好更快地發(fā)展農業(yè)是我國需要解決的重大問題之一，而本文就介紹了幾種在農業(yè)中能起到重要作用的化學材料，介紹了其性質、機理以及在農業(yè)中的應用發(fā)展等問題。

1 保水劑

1.1 保水劑的特性

保水劑（Aquasorb）又稱為高吸水劑，它是利用強吸水性樹脂制成的一種吸水保水能力特別強的高分子聚合物。其吸水量為其本身吸水性樹脂的幾十倍乃至幾千倍，遠超過以往材料；其保水能力非常高，吸水后無論加多大壓力也不脫水；而超強吸水樹脂又是高分子化合物，具有一般高分子化合物的基本特性，可被認為是高吸水性功能高分子，且吸水后形成具有彈性性能的水凝膠，也可被認為是高彈性水凝膠。

1.2 保水劑的分類

自近代以來，吸水劑發(fā)展十分迅速，因為其繁多的種類，科學家們總結出了從幾個不同的方面，現根據其品種及發(fā)展趨勢行為進行分類。

按原料來源分類，在《超強吸水劑》中，作者根據最近10a的發(fā)展及本人的研究，將原料來源分為6大系列：淀粉系，纖維素系，合成聚合物系，蛋白質系，其他天然物及其衍生物系，共混物及復合物系。

從親水化方面可分為以下4類：親水性單體的聚合，疏水性聚合物的羧甲基化反應，疏水性聚合物接枝聚合親水性單體，含腈類、酯基、酰胺基的高分子的水解反應。

從親水基團的方面看，可分為5大系列：陰離子系，陽離子系，兩性離子系，非離子系，多種親水基團系。

還有按交聯方法分類，按制品形態(tài)分類等。

1.3 保水劑作用機理及應用與發(fā)展

在合成超強吸水性樹脂反應中大部分是烯類單體的加聚反應，絕大部分屬于連鎖聚合反應機理，其中以自由基聚合為主，離子型聚合與配位絡合聚合很少。

而超強吸水性樹脂不但吸水性、保水性極為優(yōu)良，因為它在土壤中形成團粒結構的特性，使土壤白天和夜晚的溫差縮小，能吸收肥料、農藥，防止其流失，并使肥料、農藥和水緩慢放出，增強施藥效果，并且可以防止水土流失，大大增強抗旱效果。

多年以前，美國農業(yè)部的北方研究所發(fā)明了一種在土壤保水，促進種子發(fā)芽，提高發(fā)芽率方面有著顯著性效果的吸水性樹脂，名為淀粉接枝丙烯腈皂化水解物（SGP）吸水性樹脂。后來多國經此啟發(fā)，在此方面進行了深入化的研究，研究結果增加了更多的吸水性樹脂種類，并且使之在農業(yè)上的應用研究變得更加廣泛。例如：改良土壤和沙漠，植物生育促進劑，植物生長促進劑，苗木移植保存劑及農藥保持釋放增效劑，溫室及無土栽培……這些都利用到以超強吸水樹脂為原料制作的保水劑。

2 稀土

2.1 稀土元素及其分布

稀土元素（rare earth element）是元素周期表中ⅢB族中原子序數21的鈧（Sc）、39的釔（Y）及57的鑭（La）～71的镥（Lu）等共17個元素的總稱。

稀土元素在地殼中分布廣，總量多，17種元素的總量在地殼中占0.0153%（質量分數），即153g/t，其豐度多于一些常見元素。

就單一元素來說，鈰分布廣但分布不均，一般服從 Oddo-Harkins 規(guī)則——原子序數為偶數的元素含量較相鄰的奇數元素含量大；且稀土屬于親石元素，地殼中在巖石圈中分布較多，主要集中在花崗巖、偉晶巖、生長巖等巖石，尤其在堿性巖漿巖中較為富集。

2.2 稀土元素的性能和機理

稀土元素是典型的金屬元素，其活潑性僅次于堿金屬和堿土金屬，由于其結構的特殊性，它具有許多其他類的元素所不具備的光、電、磁特性，從而可以制備成很多可用于高新技術的新材料，現被譽為新材料的“寶庫”。

而對植物來說，稀土元素有著其獨特的生物效應機理，主要表現在：對各種作物體內生長激素的合成或激活起催化作用；可作為酶的輔基或激活劑而起著促進生化反應的作用；稀土元素在某些化學反應中可取代某些金屬元素發(fā)揮作用。

2.3 稀土元素農業(yè)化學行為中的增產應用

隨著稀土資源的廣泛開發(fā)和應用，尤其是近年來在農業(yè)中的廣泛應用，外源稀土元素進入環(huán)境已成為環(huán)境趨勢，而這會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成影響。20世紀30年代以來大量的科學家對稀土微肥進行研究，他們發(fā)現稀土農用存在劑量-效應關系，即微量時促進作物增產并改變其品質，而當趨于或超出某些特定的劑量時，就對作物的生長產生抑制作用。

關于稀土農用已經取得了很大進展，在其生物效應方面，國內外許多學者研究表明：一定條件下，施用適當的稀土元素能夠提高種子萌發(fā)率、促進種子發(fā)芽、生根以及生長發(fā)育，也可通過提高葉片中葉綠素a的含量從而使葉綠素總量增加，增強光合作用，提高光和效率，改善某些酶的活性，提高作物抗逆性等。

對于作物來說，稀土對其增產已成為世界上絕無僅有的一項開創(chuàng)性大型農業(yè)生物學工作，研究稀土進入環(huán)境后的行為及其產生的環(huán)境效應對農業(yè)方面具有著重要意義。

3 沸石

3.1 沸石的組成與分布

沸石是一族架狀構造的含水鋁硅酸鹽礦物。沸石的化學組成十分復雜，因種類不同有很大差異。其主要含Na和Ca及少數的Sr、Ba、K、Mg等金屬離子。而因為Na、Ca、Al、Si元素在地殼中的含量很豐富，它們均為主要的造巖元素，所以沸石應該是比較常見而且分布比較廣的造巖礦物。endprint

目前已知的天然沸石有80多種，分布最廣的有方沸石、斜發(fā)沸石、片沸石、濁沸石、交沸石、菱沸石和毛沸石等。隨著研究工作的推進，新的沸石種類還在不斷發(fā)現。

3.2 沸石在改良土壤方面的作用

由于人類活動的影響，世界范圍內土壤的化學退化，包括土壤肥力貧瘠化、鹽堿化、酸化、污染等問題日益嚴重。因為具有較強的陽離子交換性與吸附選擇性，因此將沸石直接施用于退化土壤上，可提高土壤鹽基交換量。且沸石還能改善土壤通透性，提高排水滲透能力，因此施用沸石可減少土壤中的鹽分，降低堿化度，并對土壤的pH值起到緩沖作用。近年來，沸石作為調控土壤化學退化的材料逐步引起人們的廣泛重視。

天然沸石在農業(yè)上的應用非常廣泛，天然沸石可用于土壤改良劑、單質肥料控制劑、復合肥料調理劑、生物/有機肥除臭劑、飼料添加劑、重金屬離子的捕集劑，農藥、殺菌劑、除銹劑的載體，動物糞便以及農業(yè)污水的處理等，且對于改善土壤養(yǎng)分狀況、土壤物理性狀的改良、污染土壤的修復和對土壤放射性物質的控制等方面有著重大作用，在農業(yè)上的報道日益增多。

3.3 沸石的保肥作用

天然沸石因具有很強的吸附力，常與化肥混施，可以提高肥效和延長土壤的供肥時間，從而減少N的損失。目前用得最多的是沸石玉碳銨按1：4制成的復合肥，肥效大而穩(wěn)，既可減少氨的損失，又不易結塊，使用方便；既可作基肥，又可作種肥。但沸石肥料品種在目前還不多。沸石還可與微量元素、有機肥、腐殖酸等配制沸石復混肥，但這方面的研究和應用尚需進一步探索。

4 PAM

4.1 PAM的作用機理

PAM（Polyacrylamide）聚丙烯酰胺，是常用的非離子型合成的有機高分子絮凝劑。PAM的質量大、分子長，它可以作為橋梁連接在各種膠體或微粒上，再在其表面，以自己的活性基團引起相關反應、產生相應的作用，從而將膠體或微粒形成絮凝團，這種行為就叫做橋連作用。但有時膠體或微粒表面的電性會對其形成絮凝團，起到一定的阻礙影響，如在高pH時，由于膠體或微粒表面負電荷增加，膠體或微粒間的排斥作用增大，不利于 PAM 之間的架橋絮凝。

4.2 PAM在農業(yè)中的應用

自20世紀90年代以來，PAM開始應用在農業(yè)生產方面，作為土壤結構改良劑，可增加土壤表層顆粒間的凝聚力，維持并改良土壤結構，增加土壤間水分的滲透力，抑制水分蒸發(fā)，使雨水的利用率增加，防止水土流失、土壤結皮，具有保水、保土、保肥等效果與用途；PAM還可提高農業(yè)肥料的利用率；并且還有改善生態(tài)環(huán)境的諸多作用。研究并開發(fā)PAM，對農業(yè)生產及利用等方面均有著重要的意義。

5 結語

我國對農業(yè)的發(fā)展十分重視，而本文通過對保水劑、稀土、沸石以及PAM的調查及研究，結果表明，這4種化學材料確實對農業(yè)的生產發(fā)展起到了重要作用。其發(fā)展前景廣闊，還有更多的應用有待開發(fā)，并可以對農業(yè)或更多的產業(yè)起到改良與促進的功用。對此，只有加強研究才可以更加深入地了解相關內容，為農業(yè)事業(yè)起到更加豐碩的作用。

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