保水劑研究進展及應用分析

摘 要：保水劑是一種高分子化合物，具有保水、保土、保肥功能。本文闡述保水劑的類型、合成方法、作用機制及目前的應用情況。同時，指出未來在保水劑的研發和推廣過程中應有將經濟效益、生態效益結合起來，在改善生態環境的同時帶動其他產業的發展，促進經濟發展。

關鍵詞：保水劑;合成方法;作用機制;應用

干旱是我國發生頻率最高的自然災害，對我國農業生產及生態安全的發展構成了嚴重的威脅。有效地實行旱地農業節水措施，大力推廣節水農業，不斷提高水資源利用效率，不僅是水資源匱乏地區農業發展的趨勢，更是干旱地區土體有機重構面臨的重大難題。保水劑的誕生為節水農業的發展提供了一種新的道路，保水節水技術是中國農林業高效用水研究的核心內容之一[1]。

保水劑最早問世于20世紀70年代的美國，之后德國、英國、法國等30多個國家開展了保水劑的研究。保水劑也從開始的農業領域，逐漸應用到工業、園藝和衛生等多個領域[2]。相比國外，國內在保水劑方面的研究開展得比較晚，起步于20世紀80年代。目前，我國將保水劑應用于工業方面有著較為成熟的技術，在農業和環境等方面的應用還處于試驗探索階段。

一、保水劑的分類

目前，市面上的保水劑種類繁多，根據原材料、存在形態和親水性，主要可以分為以下幾類[3]：（1）根據原材料的不同，可以分為淀粉類合成物、纖維類合成物及聚合物3種類型;（2）根據形態的不同，可以分為液體、粉末、薄片和纖維狀4種類型;（3）根據親水性的不同，可以分為親水化和不溶化2種類型。

二、保水劑的合成方法

（一）本體聚合法

本體聚合是單體在引發劑或熱、光、輻射的作用下，不加其他介質進行的聚合過程。該種方法最大的優點就是操作簡單、產品純度高，缺點是聚合反應后期混合和傳熱難度增大，溫度不易控制。

（二）溶液共聚法

通過引入親水性非離子單體，將丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙酯共聚成交聯型三元共聚高吸水性樹脂。研究表明，通過水溶共聚法制得的高吸水性材料具有較高的吸水性和耐鹽性，并可根據需要制得綜合性能較好的具有不同吸水倍數的吸水材料[3]。

（三）反向懸浮聚合法

反相懸浮聚合是在油溶性介質中加入反相反應物，使之均勻分布于油溶性介質中，水相液滴為單體水溶液，通過溶解于水相中的引發劑而發生的聚合反應的方法[4]。

（四）反向乳液聚合法

反相乳液聚合，指的是在油溶性表面活性劑的作用下，可溶于水的單體水溶液與有機相形成油包水型乳狀液，在油溶性引發劑的作用下，形成油包水型聚合物膠乳的方法。該方法具有產品性能好、聚合速率快、反應溫度低等優點。

此外，保水劑的合成方法還有光輻射聚合法、保水劑的共混和復合[5]。

三、保水劑的作用機制

（一）保水

高分子保水劑具有特殊的保水、節水和反復吸水性等特點[6]，主要是其含有大量的親水性基團，如羧基、羥基及酰胺基、磺酸基等，這些親水性基團具有很強的吸水能力。另外，高分子保水劑通過吸水和溶脹2種方式，具備良好的保水能力。同時，高分子保水劑同時具備較強的釋水性能，可長時間提供作物生長所需的水分。

高分子保水劑也可對植物生理節水情況進行調節。高分子保水劑可作為種子包衣材料，促進種子發芽;采取土壤穴施或溝施高分子保水劑，有助于改善植物根系微環境，保持一種干濕交替的生長環境。此外，如果植物根系處于干旱狀態，高分子保水劑刺激根系分泌一種植物激素，可調節葉片氣孔，減少葉片蒸騰，達到節水目的。

（二）保土

保水劑因其主要成分為吸水性樹脂，因此能與土壤黏粒發生吸附作用，把分散的土壤顆粒黏結成塊狀，防止土壤顆粒水化、分散，從而增加土壤總孔隙度，降低土壤密度，改善土壤結構，增強土壤抗侵蝕能力，達到保土的目的。

（三）保肥

由于保水劑具有很強的吸水、持水能力，因此，可固定溶于水中的化肥、農藥等成分，使之隨水分進入農作物體內，不僅可提高營養物質的利用效率，而且可起到減少養分損失的作用。

四、保水劑的應用

（一）農業生產

保水劑已被廣泛應用于農業生產中，作為土壤改良劑使用的方法主要有拌土及作為培養基質，拌土方式主要有溝施、層施、穴施、拌土和拌種等，也可直接采取蘸根、浸種、種子包衣等方式，發揮其保水效果。生產中將保水劑與玉米種子同時播入，可抑制土壤水分蒸發。保水劑與地膜覆蓋復配，可進一步抑制土壤水分蒸發[7]。

（二）園林綠化

保水劑因具有吸水倍率大、保水能力強、無毒、無刺激等優勢，在園林綠化中有非常廣泛的應用。園林綠化用保水劑要根據使用對象和目的，考慮吸水性、保水性、耐鹽性、穩定性和價格等因素。目前常用的方式為育苗期選用吸水倍率高、吸水速度快的丙烯酸鹽類保水劑，而在日常管理中則選用蓄水保墑能力較高的聚丙烯酰胺類保水劑[8]。

（三）水土保持

我國北方降水稀少且時空分布不均，森林覆蓋率低，水土流失嚴重。土壤中施用保水劑，可以起到攔蓄、儲存水分的作用，從而達到減少風蝕、固定揚沙的效果。同時，保水劑的加入可以有效改善土壤毛管孔隙，提升土壤團聚體含量，達到保存降水、增加入滲、減少徑流的作用[9]。

（四）重金屬鈍化

保水劑是近年來發現對重金屬有固化效應的新材料。研究表明，交聯合成的SAP可促進污水中微生物菌穩定化去除隔和鋅。保水劑不僅可以促進土壤保水改土，而且可以明顯降低土壤中銅、鋅、鉛的水溶性態含量。研究發現，聚丙烯酸鹽類SAP可改變土壤理化性質，提高土壤pH值，降低土壤銅、鉛、鎳、鋅等的生物有效性。

隨著可持續發展理論和循環經濟理論的不斷深化、生態文明建設的加快與深入發展，為保水劑的使用提供了廣闊的空間。未來，在保水劑的研發和推廣過程中，要將經濟效益、生態效益結合起來，在改善生態環境的同時帶動其他產業的發展，促進經濟發展，才能使當地經濟發展進入良性的可持續發展軌道。（基金項目：陜西省土地工程建設集團內部科研項目，項目編號：DJNY2018-13）

參考文獻：

[1]張璐，孫向陽，田赟，等.復合保水劑吸水保水性能及其應用[J].農業工程學報，2012（15）：87-93.

[2]黃占斌，辛小桂，寧榮昌，等.保水劑在農業生產中的應用與發展趨勢[J].干旱地區農業研究，2003（3）：11-14.

[3]黨秀麗，張玉龍，黃毅.保水劑在農業上的應用與研究進展[J].土壤通報，2006（2）：2352-2355.

[4]孫克時，李志強，張淑玲，等.水溶液共聚法合成耐鹽型高吸水性樹脂[J].化學與粘合，2000（3）：105-107.

[5]蔡京榮.反向懸浮聚合法合成腐植酸基復合高吸水性樹脂的研究[J].膠體與聚合物，2011（3）：120-122.

[6]黃占斌，孫朋成，鐘建，等.高分子保水劑在土壤水肥保持和污染治理中的應用進展[J].農業工程學報，2016（1）：125-131.

[7]白文波，王春艷，李茂松，等.不同灌溉條件下保水劑對新疆棉花生長及產量的影響[J].農業工程學報，2010（10）：69-76.

[8]張蕊，白崗栓.保水劑在農業生產中的應用及發展前景[J].農學學報，2012（7）：37-42，78.

[9]李晶晶，白崗栓.保水劑在水土保持中的應用及研究進展[J].中國水土保持科學，2012（1）：114-120.