保水劑在水土保持中的應(yīng)用

劉海軍

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

【關(guān)鍵詞】保水劑；水土保持；防治機(jī)制；關(guān)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(jì)80年代，目前除了將保水劑大量應(yīng)用于工業(yè)外，節(jié)水農(nóng)業(yè)和環(huán)境治理等方面的應(yīng)用還處于試驗(yàn)探索階段。我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的南方諸省，在城市美化、道路護(hù)坡、荒礦治理、果蔬及經(jīng)濟(jì)作物栽培，以及防護(hù)林和經(jīng)濟(jì)林建設(shè)等領(lǐng)域有一定程度的應(yīng)用，但與發(fā)達(dá)國家相比相差甚遠(yuǎn)。

1 水土保持作用機(jī)制

保水劑是一種高分子化合物，具有強(qiáng)吸水、保水及反復(fù)吸水功能，能迅速吸收自身質(zhì)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(fù)雜的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其具有一定的交聯(lián)度； 在其交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上有許多羧基、羥基等親水基團(tuán)，當(dāng)它與水接觸時(shí)，其分子表面的親水性基團(tuán)電離并與水分子結(jié)合成氫鍵，通過這種方式吸持大量的水分。在吸水過程中，網(wǎng)鏈上的電解質(zhì)使得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部溶液與外部水分之間產(chǎn)生滲透勢差，外部水分不斷進(jìn)入分子內(nèi)部。保水劑網(wǎng)絡(luò)上的離子遇水電解，正離子呈游離狀態(tài)，而負(fù)離子基團(tuán)仍固定在網(wǎng)鏈上，相鄰負(fù)離子產(chǎn)生斥力，引起高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)膨脹，在分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)眼內(nèi)進(jìn)入大量的水分。保水劑在水中只膨脹形成凝膠而不溶解。當(dāng)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(fù)。保水劑應(yīng)用于水土保持，主要作用是保水、保土和保肥。

2 應(yīng)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(guān)鍵性的作用，關(guān)系到如何在水土保持中施用以及怎樣發(fā)揮更好的效果，如在荒漠地帶，為能將降雨及時(shí)吸收，不僅要考慮使用吸水倍數(shù)較高而且吸水速率快的保水劑，還要考慮保水劑的反復(fù)利用效果。國內(nèi)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)，應(yīng)用在水土保持方面的研究較少。保水劑在農(nóng)業(yè)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(yǎng)基質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(yīng)用中，保水劑的使用量還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，一般使用量因施用方法、目的、土壤質(zhì)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(gè)產(chǎn)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(yīng)該科學(xué)合理，使用量太小，發(fā)揮不了蓄水保墑的功效，使用量太大，不僅提高了造林費(fèi)用，而且雨季會導(dǎo)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(yīng)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(yīng)適量增加保水劑。在干旱或者半干旱氣候區(qū)，應(yīng)該適量增加保水劑用量，而季節(jié)性干旱氣候區(qū)，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(yīng)用于水土保持，其作用的發(fā)揮還存在一個(gè)效應(yīng)時(shí)間和效應(yīng)空間。保水劑吸水性能主要受其本身的組成和結(jié)構(gòu)，以及水溶液或土壤中的鹽分組成、土壤質(zhì)地和pH值等因素的影響，而實(shí)際應(yīng)用中還與外界環(huán)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(guān)； 所以，保水劑應(yīng)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(yán)重，林草措施在水土保持中占據(jù)重要地位。干旱少雨區(qū)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(yīng)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(jié)構(gòu)，減少水土流失，改善土壤生態(tài)功能，而且在作物需要水分時(shí)，能將保存的水分釋放出來促進(jìn)作物生長。保水劑在保持水土的同時(shí)還可產(chǎn)生一定的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了保水劑在水土保持中的應(yīng)用。我國應(yīng)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(yīng)，但在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在很多問題。例如： 產(chǎn)品價(jià)格高、產(chǎn)品使用性能與實(shí)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(yīng)用技術(shù)缺乏規(guī)范； 等等。這使得保水劑的作用沒有得到充分發(fā)揮甚至出現(xiàn)一些相反的結(jié)果。而且保水劑應(yīng)用效果受多種因素影響，如土壤質(zhì)地、施用時(shí)機(jī)及方法等，給保水劑的使用帶來很大的困難。在實(shí)際應(yīng)用保水劑過程中，要在室內(nèi)和田間針對本地區(qū)的具體自然狀況進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)，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。