农林业领域保水剂应用论文

摘要：通过室内试验比较分析了5种不同类型保水剂的吸水倍率、吸水速率、反复吸水能力和释水速率等指标，借助层次分析法辅助软件（yaahp）对各种类型的保水剂进行评价与筛选。结果表明：沃特保水剂在纯水中的吸水倍率达413g/g，高于其他保水剂；吸水能力和释水速率也优于其他类型保水剂，前3次反复吸水能力稳定，呈线性规律。今天小编为大家精心挑选了关于《农林业领域保水剂应用论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

农林业领域保水剂应用论文 篇1：

含蒙脱土和多糖的保水剂对高羊茅品种可奇思种子萌发及生长的影响

摘要：采用正交实验法在室温下合成了含有天然产物蒙脱土（MMT）和羧甲基纤维素钠（CMC）的系列环境友好型保水剂，研究了不同保水剂组成和合成条件对高羊茅品种可奇思（简称可奇思）种子发芽及生长指标的影响规律。结果表明，试验合成的保水剂能显著提高可奇思的发芽能力和植株的生长指标，天然组分MMT和CMC含量对其发芽和植株生长影响显著。用性能最佳的保水剂处理可奇思种子，其发芽率、发芽指数、活力指数、总干重、总根长和总分蘖数分别比空白对照试样提高了61.6%、80.5%、125%、102%、67.6%和68.6%，比市售合成类保水剂对照试样提高了4.50倍、5.50倍、7.60倍、6.88倍、3.88倍和3.92倍，这对提高可奇思种子发芽能力和促进其植株生长具有重要意义，对该保水剂在可奇思种子发芽中的应用提供了试验依据，

关键词：高羊茅；种子发芽能力；保水剂；蒙脱土；羧甲基纤维素钠

我国是一个水资源严重缺乏的国家，被列为全球13个人均水资源最贫乏的国家[1，2]。干旱胁迫是限制草坪草生长的最重要环境因子之一[3-6]。如何充分、合理、高效利用有限的水资源，提高草坪的水分利用率，降低草坪绿地的灌溉用水，是促进我国草坪业发展的关键所在。

保水剂（SAP）是一轻度交联的亲水性聚合物，可以吸收自身重量几百甚至几千倍的蒸馏水，具有吸水能力和保水能力强等优点，在草坪节水应用方面具有广阔的开发前景[5-8]。SAP从原料来源上主要分为合成类和半合成类。合成类主要是聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类；半合成类产品是淀粉、纤维素和丙烯酸、丙烯酰胺的接枝共聚物。目前，这两类产品价格较高，主要用在卫生用品方面，在草坪上的应用还未能得到大面积的推广[8]。

近年来，使用价格低廉、对土壤无污染的亲水性粘土（如蒙脱土、高岭土等）和多糖（淀粉、纤维素等）作为复合组分制备保水剂成为国内外研究的热点[10-12]。但目前报道的该类保水剂大多数是在60～90 ℃合成，室温聚合该类SAP的研究报道很少，且大多数探讨的是天然组分粘土和多糖的加入对产物吸水倍数的影响。室温下聚合能耗低，合成工艺简单，是降低生产成本的有效途径，还可减少热污染。丙烯酰胺（AM）、2丙烯酰胺基2甲基丙磺酸钠（AMPS）为聚合单体，蒙脱土（MMT）、羧甲基纤维素钠（CMC）为添加组分，在室温下合成了聚（AMPSAM）CMCMMT保水剂[13]。与目前市面上农林园艺领域应用的保水剂相比，该类保水剂的主要特点是在室温下合成，能耗低，工艺简单，以对土壤无污染的天然组分为主要原料，成本低，环境友好，在农林园艺中具有广阔的应用前景。

笔者在前期土壤节水和土壤理化试验工作的基础上，以高羊茅品种可奇思种子为试材，以发芽能力和生长指标为优化目标，使用正交试验法研究天然组分MMT、CMC对可奇思种子的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等发芽指标和总干重、总叶长、总根长、总生根数等生长指标的影响规律，筛选最佳的保水剂合成条件，为该保水剂在草坪中的大规模应用提供试验数据。

1材料和方法

1.1试验材料

试验采用MMT（浙江临安膨润土有限公司）、CMC、AM、AMPS、过硫酸钾（分析纯，天津市化学试剂一厂）为保水剂的合成原料，可奇思种子（晋城市园林科研所实验室常温保存）为保水剂效应体现的指示材料，培养基质为120 ℃高温消毒的河沙，对照市售保水剂为交联聚丙烯酸盐，购自河北省任丘市某公司。

1.2试验方法

1.2.1正交试验法制备保水剂

天然组分MMT和CMC可以降低保水剂成本，改善产物吸水性能和环境友好性。单体浓度和引发剂浓度是影响产物吸水性能的主要参数。在前期工作基础上，选取MMT用量（A）、CMC用量（B）、单体浓度（C）和引发剂浓度（D）4个因素，每因素选择3个水平（用量均以单体质量为计量基准），选择4因素3水平正交试验设计。在室温下，按照本课题组申请的发明专利中所述方法制备保水剂[13]，聚合产物经干燥粉碎后，过40～60目筛备用。

1.2.2可奇思种子萌发及试验处理

分别称取培养基质60 g和1～9号保水剂及市售合成类保水剂（分别为基质质量的0.4%），均匀混合成9个不同处理和土壤空白对照CK1、市售合成类保水剂对照CK2，每处理设置3个重复，分别等量放入培养皿中并浇水40 g使之达到饱和。取大小均匀的30粒可奇思种子播种于培养皿（直径、高分别为90 cm、14 cm），采用顺序错位法[14]排列于QHP250B型恒温恒湿光照培养箱中，温度22 ℃，光照12 hd，每日观察，12 d后取出发芽植株，蒸馏水清洗干净，测定总干重、总根长，总分蘖数。实验于2013年4月9～24日在晋城市园林科研所实验室进行。

1.2.3数据统计

按照GB27721999《林木种子检验规程》[15]和《国际种子检验规程》[16]计算发芽率、发芽指数、活力指数，并统计总根长、总分蘖数，对发芽苗烘干称量，统计总干重。

2结果与分析

2.1保水剂对可奇思种子发芽能力的影响

可奇思种子发芽的试验数据表明，土壤空白对照的发芽率为37.8%，市售合成类保水剂对照的发芽率为11.1%，均明显低于施加1～9号保水剂的试样（处理4）。市售保水剂对照发芽率最低，这可能与该保水剂存在与种子的争水问题，进而影响种子的萌发和植株的生长。

发芽效果最佳的处理6，发芽率、发芽指数、活力指数、总干重、总根长和总分蘖数分别比对照试样提高了61.6%、80.5%、125%、102%、67.6%和68.6%，比市售保水剂对照试样提高了4.50倍、5.50倍、7.60倍、6.88倍、3.88倍和3.92倍，说明保水剂的组成和合成条件对草坪种子的发芽影响很大，含有天然产物的保水剂与市售的合成类保水剂相比在草坪应用方面具有很大的优势。

2.2正交试验结果的极差分析

采用正交极差分析对影响草坪发芽和生长能力因素进行分析，以探明天然组分含量、聚合条件对各指标的影响强弱。根据表2所示的正交试验表和种子发芽试验结果，分别算出表1中各相应水平的3次试验结果性质指标之和K1、K2、K3和其平均值k1、k2、k3以及极差Dj。

发芽率、发芽指数、活力指数是评价种子发芽能力性状和效果的重要指标，总根长、总干重和总分蘖数是判断种苗生长性状的重要指标[17]。极差数据表明，各种因素对不同指标的影响程度不一致。对发芽率的影响次序为B（CMC用量）>A（MMT用量）>D（引发剂浓度）>C（单体浓度），对发芽指数的影响次序为A>B=C>D，对活力指数的影响次序为A>D>C>B，对总干重的影响次序为C>A>D>B，对总根长的影响次序为C>D>A>B，对总分蘖数的影响次序为C>A=B>D。

试验结果可知，天然组分CMC和MMT的含量对可奇思种子发芽能力的影响显著。MMT对发芽指数、活力指数的影响最大；对发芽率、总干重、总分蘖数的影响较大，对总根长的影响较小；CMC对发芽率的影响最大；对发芽指数、总分蘖数的影响较大，对活力指数、总干重、总根长影响最小。因发芽指数既反映发芽率，又反映发芽速度，活力指数关系到植物出苗的整齐度、幼苗长势[17-20]。故MMT含量对可奇思种子的发芽速度、出苗整齐度和幼苗长势影响最大，CMC对可奇思种子发芽的数量影响最大，调整保水剂中CMC和MMT的含量是提高草坪种子发芽能力的有效途径。

2.3保水剂中天然组分含量对可奇思种子发芽能力的影响

由2.2的讨论可知，保水剂中天然组分的加入对可奇思发芽能力影响较大。为了更直观的分析天然组分的含量对发芽能力的影响规律，以MMT和CMC的水平数为横坐标，各指标的平均数kl、k2、k3为纵坐标，将MMT和CMC的统计分析结果绘成趋势图进行分析。

MMT是一种亲水性的层状硅酸盐粘土，其表面含有的亲水性羟基可以和聚合物发生化学反应，提高保水剂的吸水性能。发芽率、发芽指数、活力指数、总叶长、总根长、总干重都随着MMT用量的增加呈下降趋势，说明MMT含量大于25%时，增加其用量不利于可奇思种子的萌发。而我们的前期研究表明，MMT用量为30%，吸水性能最佳[21]，说明吸水性能最佳的保水剂在对可奇思种子萌发上并未显示出最佳值，可能是MMT用量的增加，提高了保水剂的吸水性能，使保水剂在种床部位与种子存在争水问题，进而影响种子的萌发和植株的生长。

CMC是一种阴离子多糖，分子链上含有亲水性的羧基、羟基，具有亲水、分散稳定等性质，生物降解性好。各指标（除活力指数外）均随CMC用量的增大呈单峰形变化趋势，取用量9%时性能最佳，说明CMC用量的增加，有利于草坪种子的发芽以及胚芽苗生物量增长。活力指数在CMC用量小于12%的范围内，随CMC用量的增加而降低，达到12%时性能最差。

2.4保水剂的最佳合成条件

通过正交试验的极差分析结果和保水剂中天然组分含量对可奇思种子发芽能力的影响规律可知，发芽率、发芽指数、活力指数、总干重、总根长、总分蘖数的最优处理均为A1B2C1D2。对天然产物用量而言，各指标在MMT用量取水平1时最高，CMC用量在水平2时最高。由于提高保水剂中天然产物的含量可以降低成本、提高保水剂的环境友好性，在各指标变化不大的前提下，期望MMT和CMC用量越高越好，最终MMT用量选水平2，CMC用量选水平3，最佳合成条件确定为A2B3C1D2，即表1中的处理6。

3讨论与结论

目前，市场上应用较广的聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等合成类保水剂是以生物降解性差的石油化工产品为原料制备的，价格相对较高，生物降解性差，在草坪中长期施用会对土壤造成污染。试验合成的保水剂在能耗低的室温下聚合，其中，价格低廉的天然产物粘土和多糖总加入量达到40%，不仅降低了保水剂的合成成本，而且减轻了其多次施用对土壤的污染，提高了合成类保水剂的环境友好性，非常适用于草坪应用。

高健[21]前期研究表明，处理7的吸水倍数最高，但可奇思种子发芽能力最强的是处理6，其生根率为61.1%，而吸水倍数最高的处理7生根率为45.6%，说明保水剂吸水倍数的高低和其所对应的可奇思种子发芽能力的强弱并不一致，在实际应用中，仅以吸水倍数的高低作为选择保水剂的性能指标是片面的，应根据不同使用目的选择合适吸水倍数的保水剂。用处理6后，可奇思种子的发芽率、发芽指数、活力指数、总干重、总根长和总分蘖数分别比土壤空白对照试样提高了61.6%、80.5%、125%、102%、67.6%和68.6%，比市售合成类保水剂对照试样提高了4.50倍、5.50倍、7.60倍、6.88倍、3.88倍和3.92倍，说明和市售合成类保水剂相比，试验合成的保水剂在草坪应用上具有更大的优势，为该保水剂在草坪中的应用提供了试验依据。

正交极差分析法表明，天然组分含量对可奇思种子发芽能力影响很大。粘土类天然组分MMT对可奇思种子的发芽速度、出苗整齐度和幼苗长势影响最大，多糖类天然组分CMC对可奇思种子发芽的数量影响最大。二者用量对可奇思种子的发芽能力影响规律不同，MMT含量在25%～35%范围内，可奇思种子各发芽指标和生长指标均随NMMT用量的增加而下降，说明过量MMT不利于可奇思种子的萌发；CMC含量在6%～12%范围内，可奇思种子各发芽指标和生长指标（活力指数除外）呈单峰形变化趋势，取9%时性能最佳，说明适量CMC有利于可奇思种子的萌发和胚芽苗的生物量生长。这为实际生产中根据发芽指标和生长指标的需求调整保水剂中天然产物的组成配方提供了试验依据。

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作者：张双兰　邱朝霞　邱海霞

农林业领域保水剂应用论文 篇2：

干旱矿区耕地保水剂的筛选

摘要：通过室内试验比较分析了5种不同类型保水剂的吸水倍率、吸水速率、反复吸水能力和释水速率等指标，借助层次分析法辅助软件（yaahp）对各种类型的保水剂进行评价与筛选。结果表明：沃特保水剂在纯水中的吸水倍率达413 g/g，高于其他保水剂；吸水能力和释水速率也优于其他类型保水剂，前3次反复吸水能力稳定，呈线性规律。基于层次分析法建立合理的层次分析模型和判断矩阵，最终筛选出沃特保水剂进行塌陷区贫瘠耕地土壤改良的实地应用。

关键词：干旱矿区；保水剂类型；评价；筛选；层次分析

收稿日期：2013-08-08

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2012BAC10B00）。

作者简介：吉林（1989—），男，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向为环境生态。E-mail：jingling19891223@sina.com。

通信作者：孟庆俊，博士，副教授，主要从事环境化学与环境毒理学研究。E-mail：qjmeng930@126.com。神府—东胜矿区大柳塔矿地处晋陕蒙接壤地带，在煤炭开采带来快速经济发展的同时，由其引发的地表塌陷、地裂缝等地质灾害，使耕作区土壤质量骤降，农作物产量较低，同时典型的黄土沟壑地貌在夏季强降雨的条件下加剧了水土流失，环境问题日益突出。研究区耕地主要经济作物是玉米、大豆和马铃薯，土壤呈碱性，pH值在8～8.6，土地贫瘠，作物成活率低。现场采样研究发现，该区土壤含水率低，结构松散，土壤养分淋失严重，因此为提高作物成活率和产量，采取了许多保护性种植措施（矿泉水瓶埋置法、覆膜法、保水剂法等）。保水剂（SAP）是近年来农林领域应用最广泛的一种化学改良剂，它是一种亲水性基团的三维网状结构高分子聚合物，吸水能力可达自身重量的数百倍之多[1]。它可以改善土壤结构，提高土壤持水性和作物的抗旱能力，已被广泛用于现代农林业增产等方面[2-3]。然而，保水剂的性能[4]是保水剂应用的根本保证，不同保水剂因化学类型不同而保水性能存在差异。刘亚琦等分析比较了国内外10种保水剂的基本性能，结果表明玉米淀粉-丙烯酸共聚型保水剂的吸水性能较其他类型保水剂好，聚丙烯酸-无机矿物型保水剂和聚丙烯酰胺-无机矿物型保水剂在释水速率方面要强于聚丙烯酸盐型保水剂和淀粉-丙烯酸共聚型保水剂，而反复吸水性能却没有明显规律可循[5]。陆文静等研究了非水溶性和水溶性聚丙烯酰胺型（PAM）保水剂的相对分子质量、离子类型、离子度、粒径等性状对其保水性能和寿命的影响，最后筛选出非水溶性的JB保水剂和水溶性的WSN20保水剂为最佳保水剂[6]。关于采煤塌陷影响下的贫瘠耕地土壤保水技术研究，选择保水性能强、寿命长的适宜类型保水剂是当下亟待解决的关键问题。本试验对5种不同化学类型保水剂的基本性能进行室内模拟研究，通过考察保水剂的吸水倍率、吸水速率、反复吸水能力和释水速率这4项指标，筛选出保水性能强、持续稳定吸水、受干扰少的保水剂，为其在干旱矿区耕地土壤的应用推广提供有力的理论支撑。

1材料与方法

1.1试验材料

选取5种类型保水剂，具体见表1。

1.2试验方法

对所选的5种保水剂基本性能进行测定[8]。

1.2.1吸水倍率测定称取0.5 g保水剂干样，置于预先注入0.1%NaCl溶液、0.1%CaCl2溶液、0.1%FeCl3溶液的大烧杯中（以去离子水为对照），在室温下静置吸液24 h，再用100目尼龙筛过滤，直至凝胶不再滴水为止，称取凝胶重量，按式（1）计算吸水倍率：

吸水倍率（g/g）=饱和水凝胶的重量-保水剂干样的重量1保水剂干样的重量（1）

1.2.2吸水速率测定 称取不同类型保水剂干样各0.5 g置于纱布袋中，用简易拉力计慢慢将其放入盛有足量溶液的1 000 mL量筒中（以去离子水为对照），从保水剂浸入溶液中的时刻开始计时，并观测拉力计的读数，待读数不变时，记录时间，并计算保水剂达饱和所需的时间。

1.2.3反复吸水能力保水剂在溶液中反复吸水能力的测定方法与吸水倍率测定方法相同，遵循“吸水—烘干—复吸—烘干”的规律。将保水剂置于足量的0.1% CaCl2溶液中，待其吸水饱和后称重，再将保水剂凝胶置于60 ℃的烘箱中，12 h后称重并记录。如此反复3次处理并称重、计算吸水倍率，最后将3次吸水倍率与在去离子水中吸水倍率的比值作为该条件下的反复吸水能力。

1.2.4釋水速率测定释水速率是指饱和的保水剂水凝胶在单位时间内的释水量。将饱和的水凝胶称重，除去表面皿重，得水凝胶重；再将其敞口置于60 ℃的恒温烘箱内，12 h后称重并记录[9]。采用式（2）计算保水剂的释水速率：

释水速率（g/h）=饱和水凝胶重量-烘干样品重量1所耗时间（2）

2结果与分析

2.1不同阳离子盐溶液对保水剂吸水倍率的影响

保水剂的吸水倍率是指单位质量的保水剂在过量水或溶液中吸水饱和后所吸收水的重量（g/g），它表示保水剂的被动吸水能力。5种保水剂在去离子水和质量浓度均为0.1%的NaCl溶液、CaCl2溶液、FeCl3溶液中的吸水倍率如图1所示。

由图1可知，5种保水剂在去离子水中的吸水倍率是最大的，在0.1%NaCl溶液、0.1%CaCl2溶液、0.1%FeCl3溶液中的吸水倍率随着阳离子所带电荷量的增大而减小。保水剂是一类高分子电解质，容易受盐离子的破坏而变更吸附能力[10]，而沃特多功能保水剂分子中所含的无机黏土矿物对阳离子具有一定的吸附作用，从而增强了保水剂吸水能力。试验结果表明，不同保水剂的吸水倍率大小排序为沃特>安信>黑金子>汉力淼2101XM>法国AQ，可见沃特保水剂的吸水能力（413 g/g）最优，即不同化学类型保水剂按吸水倍率由大到小排序存在以下规律：凹凸棒复合丙烯酸-丙烯酰胺型（413 g/g）>部分交联型水膨性丙烯酸盐-丙烯酸型（197 g/g）>腐殖酸型（169 g/g）>聚丙烯酰胺型（125 g/g）>丙烯酰胺与丙烯酸钾型（71 g/g）。

由保水剂对去离子水、同浓度不同阳离子盐溶液的吸水倍率情况可知，保水剂的吸水倍率受水中电解质等多种外界因素干扰。不论是在去离子水中还是在盐溶液中，保水剂因其化学类型和组成成分不同而存在吸水倍率上的差异，主要是因为保水剂的分子结构和离子类型不同。首先，5种保水剂的分子结构分为三维网状共聚体和C-C单链线性聚合体2种类型，其中三维网状结构的保水剂具有吸水的原动力——渗透压，其锁水性较单链结构好；其次，从保水剂所属的分子类型看，离子型保水剂本身是一种高分子电解质，当水中有盐类存在时，其内部渗透压降低，水分向外扩散，保水剂吸水能力降低，而非离子型保水剂受盐分干扰较小[6]。

2.2保水剂在去离子水中的吸水速率

保水剂在水（或溶液）中的吸水速率表示保水剂在单位时间内的吸水情况，是衡量保水剂快速吸水强度的一个重要指标。相同重量的5种保水剂在去离子水中吸水达到饱和所需的时间如表2所示。

从表2可以看出，汉力淼2101XM（聚丙烯酰胺型）和安信（部分交联型水膨性丙烯酸盐-丙烯酸型）的吸水速率相对较慢，沃特（凹凸棒复合丙烯酸-丙烯酰胺型）吸水速率最快，其次是法国AQ（丙烯酰胺与丙烯酸钾型），主要是因为保水剂单体颗粒的粒径大小不同。沃特保水剂是粒径<0.5 mm的粉末，在其他条件相同的情况下，其单位重量比表面积较大，吸水速率较快，吸水量较大。

2.3保水剂的反复吸水能力

保水剂在水溶液中的反复吸水能力是表征保水剂寿命的重要指标[11]。随着重复吸水次数的增加，吸水倍率的减量逐渐减小，则保水剂的反复吸水能力越来越好。试验遵循“吸水—烘干—复吸—再烘干”规律，将5种保水剂在0.1%CaCl2溶液中的反复吸水能力情况绘制如图2。

国内外研究表明，保水剂的吸水性能受到水分、介质中盐与养分离子浓度及离子价态的影响[12-13]。由图2可以看出，CaCl2溶液显著抑制了保水剂的吸水能力。5种保水剂的反复吸水能力均随着复吸次数的增加而逐渐减小。但是沃特保水剂每次吸水能力的变化是稳定的，几乎都下降11%左右，对沃特保水剂3次吸水能力进行线性拟合，得到的方程为 y =-0.115x+0.393 7，r2=0999 4，而安信、汉力淼2101XM等保水剂的变化起伏不定，说明沃特保水剂的吸水倍率受环境中阳离子的影响相对较小，且下降程度趋于稳定，在一定程度上反映了沃特保水剂的强耐盐性和高度稳定性。

2.4保水剂在去离子水中的释水速率

由图3可知，保水剂释水速率大小顺序是沃特（16.67 g/h）>黑金子（7.67 g/h）>安信（6.92 g/h）>汉力淼2101XM（4.42 g/h）>法国AQ（3.08 g/h），沃特保水剂的释水速率最快，效果明显优于其他4种保水剂。

保水剂的释水速率是反映其保水能力大小的一个重要指标，但是关于保水剂释水规律的研究少有报道[9]。有研究表明，保水剂在去离子水中吸水饱和后形成的水凝胶的释水速率会随着粒径的增大而减小。沃特保水剂是一种浅褐色粉末状的微粒，其良好的物理结构增大了吸水表面积和体积，也加快了其吸水速率和释水速率。

3保水剂的筛选

目前市场上的保水剂品种繁多，类型多样，稳定的、高强度的、寿命长的保水剂品种是发达国家保水剂的主导产品，更是土壤改良的关键，而保水剂自身的常规性能则是消费者最为关心的问题。本研究选择保水剂的吸水倍率、吸水速率、反复吸水能力和释水速率这4项指标作为保水剂性能筛选的标准，通过层次分析法辅助软件（yaahp）构建保水剂筛选模型，并以上述试验数据为基础结合专家评定指标的相对权重对其进行详细的层次分析（analytic hierarchy process，AHP），以筛选出适宜的保水剂类型，具体过程[14]如下。

3.1构建层次结构模型

保水剂筛选的层次结构模型包括目标层A、准则层B和方案层C。目标层A为典型保水剂；準则层B为保水剂的吸水倍率B1、保水剂的吸水速率B2、保水剂的反复吸水能力B3、保水剂的释水速率B4；方案层C为安信（部分交联型水膨性丙烯酸盐-丙烯酸型）C1、汉力淼2101XM（聚丙烯酰胺型）C2、法国AQ（丙烯酰胺与丙烯酸钾型）C3、黑金子（腐殖酸型）C4、沃特（凹凸棒复合丙烯酸-丙烯酰胺型）C5。

3.2判断矩阵的建立

同一层次中各因素通过两两比较的方式对上一层次中某个准则的重要性进行判断，采用九级标度法[15]构成判断矩阵，结果如表3、表4、表5、表6、表7所示。其中，Wi表示相对权重，CR代表随机一致性比率，i=1，2，3，4，j=1，2，3，4，5。λmax为判断矩阵的最大特征值。

从表8可以看出，对准则层而言，B3、B1、B2占有很大的权重比例，权重分别为0.527 0、0.260 8、0.111 4，B4因素对目标层的权重值最小，为0.100 7，即准则层权重由大到小的顺序为保水剂反复吸水能力>保水剂的吸水倍率>保水剂的吸水速率>保水剂的释水速率。一般的保水剂使用寿命在 3～4年，保水剂的吸水与释水情况会随着地理气候条件的变化而变化，在保水剂吸水能力与释水能力对比的同时，还需考虑其持续吸水、释水的有效性，且持续吸水、释水性能关系到保水剂的使用寿命和使用强度，显得更为重要。

综合权重是指每个方案对最终选择的目标层的相对重要性程度，表征某个方案实施的有效性程度。各类型保水剂的综合权重由大到小的次序是C5（0.272 1）>C4（0.223 3）>C3（0.179 4）>C1（0.169 3）>C2（0.155 9），即各类型保水剂的适宜程度由强到弱的顺序为凹凸棒复合丙烯酸-丙烯酰胺型>腐殖酸型>丙烯酰胺与丙烯酸钾型>部分交联型水膨性丙烯酸盐-丙烯酸型>聚丙烯酰胺型。因此，选择凹凸棒复合丙烯酸-丙烯酰胺型保水剂作为适用的保水剂类型进行实地应用研究。

4结语

通过对不同保水剂的吸水倍率、吸水速率、反复吸水能力和释水速率研究，得出以下结论：

保水剂的吸水倍率与水溶液的性质密切相关。保水剂在去离子水中的吸水倍率最大，可达400倍以上。而盐溶液的存在对保水剂的吸水能力有一定的抑制作用，且溶液中阳离子价态越高，对保水剂吸水能力的抑制作用越强。

保水剂的吸水速率试验结果表明，粉末状的、粒径最小（<0.5 mm）的沃特保水剂吸水最快。因此，实际应用中应选择同种类型保水剂中粒径较小的保水剂。

虽然保水剂在多次重复吸水的情况下吸水倍率有所下降，但不难看出，沃特保水剂具有稳定的反复吸水能力，且其释水速率也优于其他类型保水剂，这主要是由沃特保水剂本身所特有的稳定的网状分子结构及其无机黏土矿物的抗盐性所致。

以层次分析软件（yaahp）为基础，通过构建层次结构模型和判断矩阵，筛选出最适宜干旱矿区土壤改良的保水剂是凹凸棒复合丙烯酸-丙烯酰胺型保水剂，该方法避免了主观随意性所带来的权重差异，使结论更为实际。

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作者：孟庆俊

农林业领域保水剂应用论文 篇3：

论我国保水剂的发展现状及展望

摘要：保水剂是一类功能高分子化合物，具有保水改土、抗旱节水和无毒害、无污染的特性，是新型的现代抗旱节水材料。保水剂应用范围广。适合粮食作物、经济作物、花卉蔬菜、经济林果和林草种植的发展需要，还具有节约肥料、改良土壤等多方面优点。主要介绍了保水剂的性质及分类、生产概况、合成方法和应用现状。

关键词：保水剂；抗旱；节水；缓释

中国分类号：TQ326　文献标识码：A　

1　引言

保水剂作为一种化学节水技术，于20世纪70年代在美国农业部北方研究中心开发成功。随后美国、日本、法国等国家对保水剂在农林业中的应用进行了大量的研究，并进行了大面积的推广使用。国内对保水剂的研究开始于20世纪80年代中期，目前大部分产品已有一定规模。在“八五”和“九五”期间共在全国示范推广达1100多万亩。目前，土壤固化剂、复合土工膜料、坡面积雨固土材料、植物蒸腾抑制剂、种衣剂等大批保水剂已经在我国农林业中得到了实际应用。

2　保水剂的一般性质

保水剂是一种具有三维交联网状结构的新型功能高分子材料，采用含有羧基、羟基或氨基等的亲水性单体，在引发剂和交联剂的作用下，通过聚合、交联等化学反应而形成。高吸水性树脂能通过水合作用迅速吸收自重几百倍乃至上千倍的水而呈凝胶状，常压下对其施加压力，水也不会从凝胶中逸出，常称其为高吸水性聚合物。高吸水性材料或超强吸水树脂等。

保水剂作为农作物干旱时的“微型水库”，具有应用范围广，高保水性，改良土壤，促进生长，节约肥料等多方面优点。据资料显示，在相同水肥条件下，使用保水剂可明显增加作物产量。增产幅度达10％～30％。节水节肥5％～20％#在花卉等经济作物上，使用保水剂可明显延长浇水时间(3天～7天)，花蕾大，持续时间长，经济效益高I在旱农试验区开展的保水剂应用试验。结果显示保水剂对保蓄雨水效果较好，尤其促使了作物生长后期根区土壤水分的补充和提高。

近年来由于新原料的选用和材料的复合化，保水剂的类别不仅包括传统的淀粉类、纤维素类、合成类(聚丙烯酸类、聚丙烯酰胺类等)。还包括生物降解类(氨基酸类、壳聚糖类等)、有机一无机复合类、缓释功能类(腐殖酸类)。保水剂的聚合工艺主要有水溶液聚合法和反相悬浮聚合法，也可采用辐射引发聚合、微波引发聚合以、喷雾聚合、高温快速反应法等方法。目前，国内生产和供应保水剂的厂家多达40多家，主要有胜利油田长安集团、北京裕德隆科技发展有限公司、河北科瀚树脂有限公司、天津晨光化工有限公司等。

3　保水剂的发展现状

现在我国实施农业生态环境建设、农业结构调整和中西部开发战略，农业重点推广旱作节水技术，而抗旱保水技术是其重要内容。近年来，保水剂越来越受到农业领域的重视，研究重心也开始从如何提高保水剂的性能向其在农林业的实际应用转移。有关保水剂的研究进展主要集中在以下几个方面：

3.1　开发保水剂的制备新方法

新的制备方法要在保证产品具有优良的吸水保水性能的基础上，提高吸水速率、改善耐盐碱性能和产品凝胶强度以及热稳定性能，目前主要采用以下措施：引人非离子型亲水基团到主链上；使用含有大量亲水基团交联剂；用表面活性剂对树脂进行外层处理等。天津三农金科技有限公司用玉米淀粉作原料，在引发剂作用下，用乙烯或丙烯单体在淀粉的天然高分子骨架上接枝共聚，最后接枝共聚物靠爆聚放热自交联，从而生产出高效抗旱保水剂。该方法称为原子经济反应，实现了清洁生产。杨瑞成等利用高温快速反应法成功制备了聚丙烯酸／蒙脱上高吸水性纳米复合材料。在外界温度为20℃时，该复合材料水凝胶所需干燥时间为128h,此复合材料可望广泛应用于西部高温干旱地区的沙漠化治理。

3.2　研究保水剂的有机一无机复合

通过有机一无机复合方法，可制备出性能优良、成本低廉、实用性强的吸水材料。赵娜制备出了白鳝泥／(丙烯酸一丙烯酰胺)高吸水保水材料，吸蒸馏水的倍数可以达到1900左右，同时吸自来水倍数可以达到380倍左右，吸生理盐水能够达到124倍，在4000r／min的情况下离心1h后，其保水能力为98.97％。内蒙古水利科学研究院首次采用丙烯酸或丙烯酰胺与凹凸棒土合成有机一无机复合保水剂。抗钙、镁离子性能明显提高，原料成本进一步降低，与环境更友好。产品吸水倍率≥400倍；吸盐倍率≥70倍；该保水荆适合中国西部年降水量小于400mm，降雨比较集中，沙漠化、盐碱化严重的特点。

3.3　将常量元素、微量元素、植物生长调节剂、杀虫剂、杀菌剂等添加到保水剂中，实现其多功能化

制备多功能化保水剂主要有两种方法：一种是进行简单的包裹；另一种是使两者发生某种形式的化学反应。林晶将保水剂与化学肥料按比例配合制得了既能吸水保水抗旱保墒，又具有缓释肥料功效的保水缓释肥，并以药用植物板蓝根为试验对象进行盆栽试验，对其保水效应及板蓝根生长状况进行观察分析，得出了保水缓释肥可以提高土壤的水分利用率、合理释放土壤有效养分、促生长作用明显的结论。

3.4　研究高吸水性树脂在实际应用中与土壤、作物、肥料等的效应问题，以及对灌溉模式。耕作制度和农业设施等的影响

目前国内关于保水剂的实际应用的研究大多集中在增加入渗、抑制蒸发等方面。但是大面积推广应用尚缺少理论基础与技术指导。庄文化采用离心机法，分别研究了聚丙烯酸钠与聚丙烯酰胺在不同的条件下对砂土、壤土、黏土持水能力的影响。结果表明高分子对砂土的作用效果要优于壤土与黏土，因此大面积推广应用应首先选择在土壤偏砂的地区，实验证明8／1万～20／1万用量效果较好其高分子吸持水分的约83.7％可释放出供植物利用。杨瑞香等以华南赤红壤为基质，采用盆栽法研究了保水剂对桉树幼苗抗寒生长及存活率的影响。结果表明保水剂可以有效提高华南赤红壤的保温性能，有利于桉树苗木抗寒生长。

4　保水剂的应用展望

在国际上保水剂被称为继化肥、农药、地膜之后最有希望在农业中大规模应用的化学品。但是目前我国保水剂的普及度依然处于较低水平。其主要原因有：一是产品价格高。二是产品使用性能与实际需求差距较大，三是没有认清合理的使用方法。随着我国干旱缺水问题的加剧以及西部大开发战略的实施，发展节水农业、恢复和建设生态环境的需要日益迫切。近几年来，保水剂发展迅速，已经成为农业高效节水、造林种草绿化、蔬菜果树栽培等领域的重要的化学节水技术：相信不久的将来，以科技为先导和以企业为主导。保水剂在我国农林业领域发挥重要作用。

作者：任卫卫