保水劑吸水性能模擬研究及應用效果試驗

　　摘 要：保水劑(SAP)是一種高分子材料，其本身不溶于水，具有吸水性極強的特點。為了檢測保水劑吸水和反復吸水的能力，進行了保水劑吸水性能模擬研究及應用效果試驗。結果表明，保水劑能多次短時重復大量吸收多余水分，其持水能力能有效延長模塊式種植草坪的保持可觀賞的時間。研究結果在多用途輕便綠化種植模塊的研制中，為添加保水緩釋層提供了數據支持。

　　關鍵詞：保水劑;吸水性能;應用效果

　　保水劑是一種新型高分子吸水材料，具有很強的保水性，可在農業、林業、水利、沙產業等領域發揮抗旱保苗、增產增收、改良土壤，防風固沙、水土保持等多種功能。近年來，水資源的日益匱乏已引起高度重視，發展節水農業已是必然趨勢，高性能保水劑的研制和應用研究越來越受到國內外廣泛重視[1-4]。繼化肥、農藥、地膜之后，高性能保水劑已越來越被農民接受。

　　保水劑本身并不溶于水，但具有吸水性極強的特點。大量研究表明，保水劑具有改善土壤結構、提高肥料利用效率、有效抑制土壤中水分的蒸發等效果[5-6]，廣泛應用于農業生產和生態保護當中[7-11]。近10來年，農業保水劑的應用日益發展，但是保水劑在農地使用中的吸水能力受到土壤團粒大小、pH值、離子濃度等諸多因素的影響。由于在多用途輕便綠化種植模塊的研制中，運用到保水劑，且保水劑和基質層是相對隔離，因此，需要特別關注保水劑的2項性能，一是保水劑吸水能力，二是保水劑反復吸水的能力。因此，本研究進行了保水劑吸水性能模擬及應用效果試驗。

　　1 研究方法

　　1.1 試驗地概況 試驗于2018年3～6月在福建省農業科學院農業工程技術所進行，試驗地點位于位于北緯25°15′～26°39′，東經118°08′～120°31′，屬典型的亞熱帶季風氣候，氣溫適宜，溫暖濕潤，四季常青，陽光充足，雨量充沛，霜少無雪，夏長冬短，無霜期達326d。

　　1.2 試驗材料 試驗材料為東營華業新材料有限公司的沃特農用保水劑。

　　1.3 試驗方法

　　1.3.1 吸水能力試驗 試驗設30個處理，選用沃特保水劑1g，放置于玻璃燒杯，倒入500mL自來水，從試驗開始時間間隔10min、30min、60min、90min、120min、150min，分6次測量吸水后保水劑重量。測量時將保水劑從燒杯中撈起，在紗網上靜置2min濾去表面浮水后放置在1個干凈燒杯內稱重，每次稱重完用吸水紙吸干燒杯內壁殘留水分，并重新測量空燒杯重量。統計30個處理同一測試時段的吸水重量平均值。具體計算公式為：Qn=(Gn-Gn1-Gn2)/Gn1，式中Qn為編號為n的保水劑吸水倍率(g/g)，Gn為編號n的保水劑吸水后連同燒杯的總重量，Gn1為保水劑原始重量，統一為1g，Gn2為盛放編號為n的保水劑的燒杯重量。

　　1.3.2 重復吸水能力試驗 取保水劑0.5g充分吸脹后，稱量完畢連同燒杯一起在溫度80℃環境中烘干，靜置回室溫后重新加入自來水，靜置24h后測定保水劑充分吸水后重量，重復上述過程6次。

　　1.3.3 種植模塊添加保水緩釋層效果試驗 試驗于2018年3月在福建省農科院工程所樹兜基地薄膜溫室內進行，供試3種草，溝葉結縷草采自福州市建新專業花木市場，佛甲草采自基地以往種植的植株，狗牙根種子購自廈門愛墾園藝有限公司。試驗設6個處理，每個處理3個重復。供試草種種植在自行研發的標準植物種植模塊中，選用復合基質(泥炭4∶珍珠巖2∶蛭石2∶椰糠1)，試驗所用泥炭土為品氏托普泥碳，椰糠、蛭石、珍珠巖購自上海。以抽掉保水緩釋層的標準模塊作為對照。完全避雨，停止澆水進行干旱脅迫，觀察植物植株形態外觀變化。在干旱脅迫期間，植株形態外觀發生了最直觀的變化，出現不同程度枯黃、萎蔫、死亡等現象。采用目測法，將植株外觀形態變化設置5個質量等級進行評價，詳見表1。

　　2 結果與分析

　　2.1 保水劑的吸水能力 由圖1可知，保水劑吸水倍率可以達到133g/g，前10min吸水速率最快，至60min接近飽和，說明其性能可保證在南方雨水天氣下迅速吸收多余雨水。

　　2.2 保水劑的重復吸水能力 圖2可見，保水劑第2、第3次吸水時，吸水能力下降了50%;從第4次吸水開始，吸水倍率維持在1個較為穩定的水準上，吸水量在210g/g左右。

　　2.3 添加保水緩釋層的效果 由表2可見，各處理在初期能明顯延長保持植物外觀形態良好的時間1～2d，但隨著保排水層保持的水分析出，后期對延緩植株受干旱脅迫作用不大。由于試驗是在完全避雨的環境中進行，考慮到陰雨天氣等影響，在自然種植狀態下，各處理可有效減少澆水養護的工作量。

　　3 結論與討論

　　試驗結果表明，保水劑能多次重復短時大量吸收多余水分，尤其適合福建省夏季高溫、多雷陣雨的自然氣候條件;其持水能力能有效延長模塊式種植草坪的保持可觀賞的時間，并降低10%以上的澆水養護工作量。試驗結果在多用途輕便綠化種植模塊的研制中，可為添加保水緩釋層提供數據支持。

　　參考文獻

　　[1]崔英德，黎新明，尹國強.綠色高吸水樹脂.[M].北京：化學工業出版社，2008.

　　[2]莊文化，馮浩，吳普特.高分子保水劑農業應用研究進展[J].農業工程學報，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]楊永輝，吳普特，武繼承，等.保水劑對冬小麥不同生育階段土壤水分及利用的影響[J].農業工程學報，2010，26(12)：16—29.

　　[6]黃占斌，張國楨，李秧秧，等.保水劑特性測定及其在農業中的應用[J].農業工程學報，2002，18(1).

　　[7]韋蘭英，袁維圓，焦繼飛，等.紫花苜蓿和菊苣比葉面積和光合特性對不同用量保水劑的響應[J].生態學報，2009，12：6772—6778.

　　[8]宮麗丹，殷振華.保水劑在農業生產上的應用研究[J].中國農學通報，2009，22：174—177.

　　[9]鄭易安，楊逵，王愛勤.PAA—AM/SH/MMT多功能保水劑的溶脹和保水性能研究[J].中國農學通報，2007(4)：435—439.

　　[10]毛思帥，M. Robiul Islam，賈鵬飛，等.保水劑和施肥量對沙地燕麥生產的影響[J].麥類作物學報，2011，(2)：308—313.

　　[11]楊永輝，武繼承，吳普特，等.保水劑用量對小麥不同生育期根系生理特性的影響[J].應用生態學報，2011，(1)：73—78.

　　(責編：楊 林)

　　推薦閱讀:《地方水利技術的應用與實踐》于2010年6月水利水電出版社出版，由中國水利學會主辦，收集了近期各地水利技術應用和實踐中積累的經驗和研究成果.