高分子保水剂应用现状及其发展前景

王 艳，张俊清，陈 娜

（唐山师范学院，河北 唐山 063000）

0 前言

高分子保水剂（Super Absorbent Polymer，SAP），它是三维网状结构的，是一种高分子聚合物，其结构使保水剂有超高的吸水保水和缓释肥料的作用。在植物栽培方面使用，能有效改善土壤生态环境，给植物直接提供所需的水分；还可以间接供应植物水分，进一步有效改善植物根际周围的土壤结构。高分子保水剂的用量少，但见效快、稳定性强、可重复利用、环保无污染、应用范围广泛，在农业生产、水土保持、园林绿化、植物栽培等方面有广泛的应用，可改善农业生产和环境生态建设问题。应本文通过对SAP 的特性和应用进行总结分析，期望在例如花卉栽培运输等新型应用技术方面得到广泛应用。

1 保水剂的种类及其性能

1.1 保水剂的种类

保水剂按照原料进行分类，通常将保水剂主要分为三大系列：①淀粉系列（主要有淀粉接枝、羟甲基化等）；②纤维素系列（主要有羟甲基化、接枝等）；③蛋白质型保水剂（例如大豆蛋白、丝蛋白类）；④合成聚合物系列（它包括聚丙烯酸系、聚氧乙撑系等）；⑤混合型的保水剂（有保水剂混合高分子、无机物、有机物等材料）；⑥其他（包括果胶、膨润土改性聚丙烯酸钠等）[1-2]。

1.2 保水剂的性能

由于保水剂的结构是复杂三维网状结构，所以可以快速地吸收并保持水分，缓慢释放土壤肥料，对土壤团粒结构和孔隙度有一定的改善作用，抑制土壤水分蒸发，减少淋失养分，促进农作物生长。可与多种物质协同作用，复合使用；其具有一定的保水率、热稳定性、耐光性、储存稳定性、反复使用性；施用于土壤可利用吸收的水分调节土壤温度，减小昼夜温差，保水剂可以与土壤黏粒之间产生吸附作用，从而进一步提高土壤抗侵蚀的能力，发挥其保土的目的[3]。可以对土壤的物理性质进一步改良，加强营养元素的吸收和滞留，在多方面展现其优良性能。

2 保水剂的作用

2.1 提高水肥利用率

保水剂作为肥料载体可提高水肥利用效率，具有一定的增产效果，保水缓释肥料功能比较明显，是可持续的。能明显抑制土壤的累积蒸发量，保水剂浓度越大，颗粒越小，抑制土壤无用蒸发的能力越强；土壤团聚体越多.渗透压越大，交联密度越小，吸水能力越强；且对光和热具有较强的稳定性[4]。保水剂在保持水分方面，对沙土含量较高的土壤作用较为明显，施用后能够有效减少肥料溶淋损失，有效抑制肥料流失造成的土壤饱和水增多，从而避免水质污染达到环保目的。土壤中施加保水剂能够降低入渗率、提高持水量、减少累计蒸发量、增加土壤中有效养分离子含量和储存养分的能力，且用量越多，土壤持水量越高，阻渗的能力越强[5]。施用保水剂能够使土壤溶液中的水分和养分达到动态平衡，从而缓释养分保持水分。保水剂相当于土壤内的“水肥银行”，能够提高土壤保水持肥性能。

2.2 提高土壤微生物活性

保水剂施用于土壤中能够增加透气性、促进有机质矿化和腐殖化并降低土壤容重，优化土壤中的微生态环境，增强保水供肥性能，提高根系活性和增加根系分泌物，从而提高植物抗胁迫的能力，在植物的生长发育方面起促进作用。在杨树人工林中施用，可以降低土壤容重、使根部的透气性进一步加强、它使土壤中碳和氮的含量也会相应提高、使土壤微生物的活性得到改善，进而人工林培育效率[6]得到进一步的提高。

2.3 改善土壤性质

保水剂具有耐盐、耐高温的作用，将其施用到干旱的土壤中，可以改善土壤性质，保水剂中的水分可以控制土壤中的盐分，降低盐碱地氮肥损失，减少水分蒸发损失，增加土壤含水量；降低盐碱地土壤水分蒸发和养分淋溶损失，对盐碱地改善具有重要意义[7]。保水剂能够改良土壤物理性质，增强营养元素吸收和滞留，保水剂用于矿区修复可以解决矿区地面凹陷开裂、水位下降、植被破坏、土壤含水率低、土壤容重小、土壤肥力低、土壤水肥流失严重等一系列问题，有利于矿区土地的改善[8]。保水剂以其卓越的功能和性质达到改良土壤的作用，其研发和使用对优化生态环境、提高土壤质量，改良土壤环境具有重要意义。

2.4 促进植物生长

保水剂可以使土壤内的有机质加速分解和矿化，使土壤营养增多，进一步加快植物的生长，从而使植物产量增多。可以吸附铜离子和铅离子来减少其柠条种子萌发和幼苗生长的胁迫，利于重金属污染地区被破坏植被恢复[9]。野外试验表明合理使用保水剂能够提高植物生长指标、光和效率，有利于生物量的积累，使植物生长得到进一步加快[10]。草莓盆栽施用保水剂能够减少土壤水分损耗，能够固定土壤水分，降低土壤水分，能够促进草莓苗的生长发育[11]。在食用菌栽培过程中在栽培基质中加入适量保水剂可使菇类增产30%～50%[12]。

2.5 改善土壤生态环境

据调查，我国农户存在过量施用农用肥料提高单位面积土地生产率，造成土壤施肥过盛、化肥利用率低、农户施肥不科学不合理，造成肥料利用低污染环境问题[13]。保水剂可加大土壤中水肥利用效率，其官能团可以吸附、交换或络合土壤中化学肥料氨氮等离子，提高利用率，从而减少化学肥料施用过量对土壤造成的破坏。使用保水剂充分利用肥料，增长有效成分持续时长，从而减少肥料用量，对于建成资源节约型、环境友好型社会有重要意义。

3 保水剂市面上应用现状

3.1 农业种植方面

①种子涂层包衣；②拌种；③保水剂肥料合施；④施苗木蘸根；⑤直接施用；⑥无土栽培基质；⑦树苗栽植；⑧经济林追地。目前有很多适用于农业的新型保水剂复合肥例如：何绪生的保水型包膜尿素肥、冯晨的仿生聚合物多功能控释肥、李琦琛的保水型高分子缓释氮钾肥、倪博立的环境友好型多功能控释肥、赵利的磷酸酯双淀粉复合保水剂缓释肥，保水剂能够解决土地干旱问题，改良土壤生态环境，减少土地重金属污染，有利于提高土地和肥料的利用效率，从而推动我国农业的发展，有利于建设环境友好型，资源节约型社会。在穴盘育苗基质中添加适量保水剂有利于增加基质持水量，提高通气性，能够明显促进幼苗生长发育，有利于秧苗茁壮生长。

3.2 园林绿化

人们生活水平和生活品质不断提高，对生活绿化的要求也日益增多，园林绿化培育需要消耗大量的水资源，保水剂不仅可以起到保水节水作用，也可节约肥料投入，减少人力投入和资源浪费。保水可用于绿化苗木的移栽、花卉种植、草坪铺设、种子包衣或造粒、花木保鲜等方面可明显提高其成活率，增强其质量。保水剂应用于绿化屋顶可有效削减雨水径流，可以解决城市雨洪问题，减少雨水污染净化水质。边坡土壤贫瘠，水分易流失，种子混合保水剂播种能够提高幼苗存活率，提高植物发芽率，维持边坡土壤水分和养料，从而达到固定保护的作用，减少人工和肥料成本。

3.3 花卉栽

利用保水剂进行浸蘸月季花鲜切花枝叶，能够降低蒸腾量、呼吸速率从而延长鲜切花保鲜期，这一途径能够有效提高提高切花品质。翠菊移栽穴施保水剂，能够提高光合速率、叶片水势有所降低、抗旱能力相应提高、从而使生长发育速度得到加快、缓苗时间也显著缩短，其对观赏植物的栽培运输等发面具广阔应用优势。将保水剂与花盆土混拌、制成水凝胶、按0.5%～1%的比例同水配制成营养液，再同其他的所用基质混合应用于花卉盆景可以有效保持水分，减少浇水次数。

3.4 保水剂的其他应用

保水剂水产品加工和贮藏方面有优良性能，保水剂可以减少虾仁的水分散失，增强其保水能力，从而提高虾仁保鲜时间，在生鲜产品的运输和储存中发挥良好的作用。保水剂在医疗卫生方面有很多应用，例如卫生巾、纸尿裤等产品都有保水剂的应用，能够提供日常生活的卫生保障。将高吸水性树脂添加到混凝土中可以将保水剂的水缓慢释放到混凝土中，可以避免早期自干作用和自收缩变形，使混凝土更加耐久[24]。保水剂其具有立体三维结构，能够吸附土壤中的重金属离子，达到土壤重金属治理的作用。此外，保水剂在果蔬保鲜、油井堵水剂、铜版纸涂料、气溶胶沉降剂等多方面多领域有应用。

4 前景与展望

保水剂已经渗透到人们日常生活的方方面面。保水剂的结构成分不断更新，使用方式方法也在不断改进创新。保水剂在工业、农业、日常生活等方面有极其广泛应用前景。保水剂在花卉盆栽，植物育苗等方面具有较大潜力；能满足小麦等农作物在不同生长发育时期的水分需求量；解决君子兰等花卉运输条件严苛问题；且市面上已经出现以保水剂为主要成分的烟灰清洁剂等新型日用品，由此可见，保水剂具有及其广阔的发展前景。