保水剂吸水性能模拟研究及应用效果试验

　　摘 要：保水剂(SAP)是一种高分子材料，其本身不溶于水，具有吸水性极强的特点。为了检测保水剂吸水和反复吸水的能力，进行了保水剂吸水性能模拟研究及应用效果试验。结果表明，保水剂能多次短时重复大量吸收多余水分，其持水能力能有效延长模块式种植草坪的保持可观赏的时间。研究结果在多用途轻便绿化种植模块的研制中，为添加保水缓释层提供了数据支持。

　　关键词：保水剂;吸水性能;应用效果

　　保水剂是一种新型高分子吸水材料，具有很强的保水性，可在农业、林业、水利、沙产业等领域发挥抗旱保苗、增产增收、改良土壤，防风固沙、水土保持等多种功能。近年来，水资源的日益匮乏已引起高度重视，发展节水农业已是必然趋势，高性能保水剂的研制和应用研究越来越受到国内外广泛重视[1-4]。继化肥、农药、地膜之后，高性能保水剂已越来越被农民接受。

　　保水剂本身并不溶于水，但具有吸水性极强的特点。大量研究表明，保水剂具有改善土壤结构、提高肥料利用效率、有效抑制土壤中水分的蒸发等效果[5-6]，广泛应用于农业生产和生态保护当中[7-11]。近10来年，农业保水剂的应用日益发展，但是保水剂在农地使用中的吸水能力受到土壤团粒大小、pH值、离子浓度等诸多因素的影响。由于在多用途轻便绿化种植模块的研制中，运用到保水剂，且保水剂和基质层是相对隔离，因此，需要特别关注保水剂的2项性能，一是保水剂吸水能力，二是保水剂反复吸水的能力。因此，本研究进行了保水剂吸水性能模拟及应用效果试验。

　　1 研究方法

　　1.1 试验地概况 试验于2018年3～6月在福建省农业科学院农业工程技术所进行，试验地点位于位于北纬25°15′～26°39′，东经118°08′～120°31′，属典型的亚热带季风气候，气温适宜，温暖湿润，四季常青，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，夏长冬短，无霜期达326d。

　　1.2 试验材料 试验材料为东营华业新材料有限公司的沃特农用保水剂。

　　1.3 试验方法

　　1.3.1 吸水能力试验 试验设30个处理，选用沃特保水剂1g，放置于玻璃烧杯，倒入500mL自来水，从试验开始时间间隔10min、30min、60min、90min、120min、150min，分6次测量吸水后保水剂重量。测量时将保水剂从烧杯中捞起，在纱网上静置2min滤去表面浮水后放置在1个干净烧杯内称重，每次称重完用吸水纸吸干烧杯内壁残留水分，并重新测量空烧杯重量。统计30个处理同一测试时段的吸水重量平均值。具体计算公式为：Qn=(Gn-Gn1-Gn2)/Gn1，式中Qn为编号为n的保水剂吸水倍率(g/g)，Gn为编号n的保水剂吸水后连同烧杯的总重量，Gn1为保水剂原始重量，统一为1g，Gn2为盛放编号为n的保水剂的烧杯重量。

　　1.3.2 重复吸水能力试验 取保水剂0.5g充分吸胀后，称量完毕连同烧杯一起在温度80℃环境中烘干，静置回室温后重新加入自来水，静置24h后测定保水剂充分吸水后重量，重复上述过程6次。

　　1.3.3 种植模块添加保水缓释层效果试验 试验于2018年3月在福建省农科院工程所树兜基地薄膜温室内进行，供试3种草，沟叶结缕草采自福州市建新专业花木市场，佛甲草采自基地以往种植的植株，狗牙根种子购自厦门爱垦园艺有限公司。试验设6个处理，每个处理3个重复。供试草种种植在自行研发的标准植物种植模块中，选用复合基质(泥炭4∶珍珠岩2∶蛭石2∶椰糠1)，试验所用泥炭土为品氏托普泥碳，椰糠、蛭石、珍珠岩购自上海。以抽掉保水缓释层的标准模块作为对照。完全避雨，停止浇水进行干旱胁迫，观察植物植株形态外观变化。在干旱胁迫期间，植株形态外观发生了最直观的变化，出现不同程度枯黄、萎蔫、死亡等现象。采用目测法，将植株外观形态变化设置5个质量等级进行评价，详见表1。

　　2 结果与分析

　　2.1 保水剂的吸水能力 由图1可知，保水剂吸水倍率可以达到133g/g，前10min吸水速率最快，至60min接近饱和，说明其性能可保证在南方雨水天气下迅速吸收多余雨水。

　　2.2 保水剂的重复吸水能力 图2可见，保水剂第2、第3次吸水时，吸水能力下降了50%;从第4次吸水开始，吸水倍率维持在1个较为稳定的水准上，吸水量在210g/g左右。

　　2.3 添加保水缓释层的效果 由表2可见，各处理在初期能明显延长保持植物外观形态良好的时间1～2d，但随着保排水层保持的水分析出，后期对延缓植株受干旱胁迫作用不大。由于试验是在完全避雨的环境中进行，考虑到阴雨天气等影响，在自然种植状态下，各处理可有效减少浇水养护的工作量。

　　3 结论与讨论

　　试验结果表明，保水剂能多次重复短时大量吸收多余水分，尤其适合福建省夏季高温、多雷阵雨的自然气候条件;其持水能力能有效延长模块式种植草坪的保持可观赏的时间，并降低10%以上的浇水养护工作量。试验结果在多用途轻便绿化种植模块的研制中，可为添加保水缓释层提供数据支持。

　　参考文献

　　[1]崔英德，黎新明，尹国强.绿色高吸水树脂.[M].北京：化学工业出版社，2008.

　　[2]庄文化，冯浩，吴普特.高分子保水剂农业应用研究进展[J].农业工程学报，2007，3(6)：265—270.

　　[3]SojkaRE，Bjiorneberg D L，Entry J A，et a1.P0lyacrylamidein aculture and environmental land management[J]. Advances in Agronomy，2007，92：75—162.

　　[4]Sadeghi M，Hosseinzadeh H. Swelling behavior of a novel protein based super absorbent hydrogel composed of poly(math acrylicacid) and collagen[J]. Asian Journal of Chemistry，2010，22(9).

　　[5]楊永辉，吴普特，武继承，等.保水剂对冬小麦不同生育阶段土壤水分及利用的影响[J].农业工程学报，2010，26(12)：16—29.

　　[6]黄占斌，张国桢，李秧秧，等.保水剂特性测定及其在农业中的应用[J].农业工程学报，2002，18(1).

　　[7]韦兰英，袁维圆，焦继飞，等.紫花苜蓿和菊苣比叶面积和光合特性对不同用量保水剂的响应[J].生态学报，2009，12：6772—6778.

　　[8]宫丽丹，殷振华.保水剂在农业生产上的应用研究[J].中国农学通报，2009，22：174—177.

　　[9]郑易安，杨逵，王爱勤.PAA—AM/SH/MMT多功能保水剂的溶胀和保水性能研究[J].中国农学通报，2007(4)：435—439.

　　[10]毛思帅，M. Robiul Islam，贾鹏飞，等.保水剂和施肥量对沙地燕麦生产的影响[J].麦类作物学报，2011，(2)：308—313.

　　[11]杨永辉，武继承，吴普特，等.保水剂用量对小麦不同生育期根系生理特性的影响[J].应用生态学报，2011，(1)：73—78.

　　(责编：杨 林)

　　推荐阅读:《地方水利技术的应用与实践》于2010年6月水利水电出版社出版，由中国水利学会主办，收集了近期各地水利技术应用和实践中积累的经验和研究成果.