高倍吸水树脂在造林绿化中的应用

张院生，殷美旺

（太湖县林业局，安徽安庆246400；2.太湖县北中镇林业站）

高倍吸水树脂在造林绿化中的应用

张院生1，殷美旺2

（太湖县林业局，安徽安庆246400；2.太湖县北中镇林业站）

高倍吸水树脂凭借其吸水、保水性强的优势已经广泛应用于造林绿化工程中。本文详细介绍了高倍吸水树脂的性能、发展情况、特点、用法以及应用效果。对其应用中出现的问题进行了分析和讨论，并对其应用进行了展望。关键词：高倍吸水树脂；造林绿化；应用效果

干旱一直是世界各国林业发展的主要难题之一，据不完全统计，全球干旱陆地面积占地球总陆地面积的35%，主要分布于亚洲、非洲和大洋洲。我国干旱、半干旱总面积约为460万km2，约占国土总面积的50%。我国国民经济持续发展已受到水资源短缺的严重限制。近几年来，国内持续发生沙尘暴、雾霾等恶劣气象，严重威胁着国民的生存环境。治理水土流失，在充分利用有限的水资源的前提下提高造林质量，成为了我国林业发展的重中之重[1-2]。

高倍吸水树脂（Super absorbent polymers）是一种具有高吸水特性的功能性材料，本身具有大量的强吸水基团，结构特异，能够在树脂内部产生高渗透缔合作用并通过其网孔结构吸水，具有吸水性强、保水力大、释水性好、有效性长的特点，能够吸收相当于自身重量上千倍的水分[3-4]。由于蒸腾压力、根系吸水压力较高，对高倍吸水树脂中的水分具有很强的吸力，从而使高倍吸水树脂能够不断地吸收土壤中的水分，连续不断地为植物提供所需的水分和养料[5-6]。通过综合研究分析，本文探讨了国内外林业发展过程中高倍吸水树脂性能、特点、作用机理、用法以及应用发展情况，对其在林业发展应用过程中出现的问题进行了详细的列举和分析，对出现的问题提出了相应的建议和解决方法，以有效增强高倍吸水树脂的应用效果，对其应用进行了展望。

1 高倍吸水树脂的发展情况

在20世纪60年代，美国农业部首先研制出了淀粉接枝聚丙烯脂类高倍吸水树脂，并将其推广应用于美国西部干旱地区，该推广获得成功，一定量地解决了美国西部的干旱问题[7]。随后美国农业部研制出TAB型高倍吸水树脂并进行了一系列的验证试验，结果表明，TAB的应用可以有效地节约用水，可以降低水分用量的70%左右[7]。1974年，高倍吸水树脂在美国开始大批量产业化生产，并在全球进行广泛使用。20世纪80年代，日本开发出一系列聚丙烯酸盐类高倍吸水树脂，其性能优越、减水率高，目前日本已成为生产和出口高倍吸水树脂最多的国家之一[7]。日本的三洋化成公司和触媒化学公司的研究成果享誉全球。除此之外，法国、韩国、德国、比利时等发达国家先后进行了大量的研究并生产出了性能更优越的产品。目前，高倍吸水树脂已经被30多个国家推广应用于农业、林业、卫生等多个领域。

相较于国外的科学研究，我国对高倍吸水树脂的开发和研究较晚，始于20世纪80年代。最早研制成功的是吉林省石油化工设计研究院和河南省化学研究所。目前，中科院化学研究所、北京化学研究所、中科院长春应用研究所、重庆天然气化工研究所、北京化纤研究所、天津大学、南开大学、湖南大学等数十个单位已经在该方面获得了较大的成果，产品如中科院化学研究所研制的“KH841”、中科院长春应用研究所所研制的“IAC-13”、中科院兰州化物所研制的“兰州晶体”和“兰州片状”等[8]。但是与国外相对成熟的成果相比较，我国的研究道路还需继续向前发展。

不同厂家、不同工艺生产出的高倍吸水树脂，其性能也相差甚远。在造林方面主要从目的、使用对象和经济性能等方面考虑。一般会选择丙烯酸盐类高倍吸水树脂，吸水倍率高，吸水速度快，能够有效地在树木育苗过程中提供充足的水分和养料[9]。

2 高倍吸水树脂的特点

2.1 吸水保水性强

高倍吸水树脂具有大量强亲水基团，能够吸收大量的水分，同时吸收的水分能够良好保存，不会因为物理挤压等方式流出，而是通过蒸腾压力、根系吸水压力被树木根系吸收利用，具有极强的保水性。这样既能保证植物生长所需的水分，又能防止水分消耗，从而能够保证水分的完美利用[10]。

2.2 改善土壤结构

高倍吸水树脂在土壤中反复吸水放水，体积反复增加降低，有效地改善了土壤，使其产生了大量的孔隙，提高了土壤的透气性，改善了植物的根系环境。黄占斌等人发现高倍吸水树脂的加入能够有效地促进土壤团粒形成，随着土壤高倍吸水树脂含量的增加，大于1 mm的大团聚体状态广泛出现[11]。土壤中加入高倍吸水树脂，可以有效地增加液相比例，降低气相比例，改善土壤水热状况，改善土壤透水性和通气性。

2.3 节约肥料和农药

将肥料、水和农药与高倍吸水树脂混用，高倍吸水树脂在储存水的过程中同时会保存农药和肥料，可以延缓农药、肥料的释放速度，将农药、肥料损失率降低，提高农药、肥料的利用率。与此同时，某些高倍吸水树脂本身也含有微量元素，促进植物的早期生长[12]。

2.4 改善周边环境

高倍吸水树脂能够吸收大量的水分，通过水分散发可以减轻周围环境的温差变化，具有一定的保温性能，会提高植物的存活率[13]。

3 高倍吸水树脂在造林实践中的应用方法

高倍吸水树脂一般的使用方法包括直接拌土、蘸根和种子包衣。不同的使用方法主要取决于高倍吸水树脂的性能和状态。一般来说，粉末状高倍吸水树脂适合于蘸根和种子包衣，颗粒状固体适合于直接拌土。

3.1 直接拌土[14]

将颗粒状高倍吸水树脂与土壤充分拌合均匀后倒入植物穴内，然后将树苗栽入其中。当高倍吸水树脂遇到水分时，会储存起来供苗木使用。一般情况下高倍吸水树脂的使用量约为土壤干重的0.1%，适合深层施用。在施用过程中应尽量避免光照，可有效增长高倍吸水树脂的使用寿命。在干旱地区，一般会将高倍吸水树脂经过保水后再进行拌土，如地区无灌溉条件，则最好在造林前一年施用高倍吸水树脂。

3.2 种子包衣[15]

将粉末状高倍吸水树脂吸水后与种子充分拌合，使其均匀地附着于种子表面，如同给种子包了一层外衣。为了提高种子的存活率和出苗率，一般情况下会在拌合过程中加入农药和肥料，为后期种子的发芽提供有效的养分和保护。

3.3 蘸根[16]

将粉末状高倍吸水树脂加入到水溶液中形成高倍吸水树脂水凝胶，充分搅拌后将树苗根部浸入到高倍吸水树脂水凝胶中，待到水凝胶充分均匀附着于树苗根部后取出。为了给树苗提供充足的养分，可以将肥料一同加入到水凝胶中进行蘸根工作。高倍吸水树脂的加入量不宜过多，一般浓度约为0.1%即可。

4 高倍吸水树脂的应用效果

通过使用高倍吸水树脂，树苗周围的水分得到了充分的利用。西北水土保持研究所发现，春季造林后80 d为树苗成活的关键时刻[17]。通过使用高倍吸水树脂后，土壤的含水量比未使用高倍吸水树脂的土壤含水量增加了1.76%~2.45%。这说明高倍吸水树脂处理树苗后，能够有效地吸收水分，保证树苗的发育和生长。高倍吸水树脂不但能够大大增加水分的利用率，同时还能增加生物产量。研究者发现使用高倍吸水树脂后，生物量比对照提高了70%。

在果树栽培过程中，高倍吸水树脂的使用能够减少因缺水而造成的减产。蔡典雄发现施用高倍吸水树脂的果树成活率为90%，果树产量较对照提高了30%，大大提高其经济性[18]。

5 高倍吸水树脂的应用问题及展望

高倍吸水树脂凭借其吸水保水性强、无毒等独特的性能，在造林绿化方面得到了越来越广泛的应用。但需要认清的是高倍吸水树脂只是一种保水剂，不是产水剂，它不能够自身产水，不能认为施用了高倍吸水树脂就不需要灌溉。它只有在土壤墒情好的情况下才能发挥效果。在长期干旱且无灌溉条件的地区，应当提前一年进行施用，且施用前应使高倍吸水树脂保水后再使用。

目前，目前国内生产技术较为单一，原料选择范围较小，产品价格较高，推广应用缓慢。因此不同品种的高倍吸水树脂性能和质量相差很大。建议在今后的应用发展研究中应改进生产工艺，使用廉价且量大的原材料，研制出吸水保水性好、价格低廉的产品，真正使高倍吸水树脂能够得到广泛应用。

同时，高倍吸水树脂对植物造林的系统研究仍然不够，还有很多方面处于空白阶段。对不同水土不同植物系统，应该有一系列的广泛应用研究和探索。同时还需要对高倍吸水树脂的功能进行研究，不单单是其水吸收和释放的功能，还有对肥料的吸收和释放、土壤孔隙率、土壤物理特性等一系列研究。

随着我国造林绿化工程的不断扩大，绿化灌溉的用水量逐年增加，生态环境用水与人生活用水矛盾日益突出。因此，如何合理发展绿化造林，把先进的灌溉技术与高倍吸水树脂的应用结合起来，成为了解决用水问题的重要措施，也为高倍吸水树脂的应用提供了广阔的空间。

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（责任编辑：杨婷婷）

Application of Super Water-absorbent Polymers in Forestation

ZHANG Wansheng1，YIN Meiwang2
(1.Forestry Bureau of Taihu County,Anqing 246400,Anhui,China；2.Beizhong Township Forestry Station of Taihu County)

Super water-absorbent polymers were widely used in forestation and greening projects for their high water absorbing and retaining capacities.In this paper,the properties,development actualities,features,usage and application effects of super absorbent polymers were introduced in detail.The problems arising in its application and its application prospect were analyzed and discussed.

Water-absorbent polymers;Forestation and greening;Application effects

S725

A

2095-0152（2015）02-41-03

2014-12-30

2015-01-30

张院生（1962-），男，高级工程师，主要从事育苗、造林及有关技术管理工作等。E-mail:ahth4162650@126.com