高倍吸水樹脂在造林綠化中的應(yīng)用

張院生，殷美旺

（太湖縣林業(yè)局，安徽安慶246400；2.太湖縣北中鎮(zhèn)林業(yè)站）

高倍吸水樹脂在造林綠化中的應(yīng)用

張院生1，殷美旺2

（太湖縣林業(yè)局，安徽安慶246400；2.太湖縣北中鎮(zhèn)林業(yè)站）

高倍吸水樹脂憑借其吸水、保水性強(qiáng)的優(yōu)勢已經(jīng)廣泛應(yīng)用于造林綠化工程中。本文詳細(xì)介紹了高倍吸水樹脂的性能、發(fā)展情況、特點、用法以及應(yīng)用效果。對其應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和討論，并對其應(yīng)用進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：高倍吸水樹脂；造林綠化；應(yīng)用效果

干旱一直是世界各國林業(yè)發(fā)展的主要難題之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，全球干旱陸地面積占地球總陸地面積的35%，主要分布于亞洲、非洲和大洋洲。我國干旱、半干旱總面積約為460萬km2，約占國土總面積的50%。我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展已受到水資源短缺的嚴(yán)重限制。近幾年來，國內(nèi)持續(xù)發(fā)生沙塵暴、霧霾等惡劣氣象，嚴(yán)重威脅著國民的生存環(huán)境。治理水土流失，在充分利用有限的水資源的前提下提高造林質(zhì)量，成為了我國林業(yè)發(fā)展的重中之重[1-2]。

高倍吸水樹脂（Super absorbent polymers）是一種具有高吸水特性的功能性材料，本身具有大量的強(qiáng)吸水基團(tuán)，結(jié)構(gòu)特異，能夠在樹脂內(nèi)部產(chǎn)生高滲透締合作用并通過其網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)吸水，具有吸水性強(qiáng)、保水力大、釋水性好、有效性長的特點，能夠吸收相當(dāng)于自身重量上千倍的水分[3-4]。由于蒸騰壓力、根系吸水壓力較高，對高倍吸水樹脂中的水分具有很強(qiáng)的吸力，從而使高倍吸水樹脂能夠不斷地吸收土壤中的水分，連續(xù)不斷地為植物提供所需的水分和養(yǎng)料[5-6]。通過綜合研究分析，本文探討了國內(nèi)外林業(yè)發(fā)展過程中高倍吸水樹脂性能、特點、作用機(jī)理、用法以及應(yīng)用發(fā)展情況，對其在林業(yè)發(fā)展應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了詳細(xì)的列舉和分析，對出現(xiàn)的問題提出了相應(yīng)的建議和解決方法，以有效增強(qiáng)高倍吸水樹脂的應(yīng)用效果，對其應(yīng)用進(jìn)行了展望。

1 高倍吸水樹脂的發(fā)展情況

在20世紀(jì)60年代，美國農(nóng)業(yè)部首先研制出了淀粉接枝聚丙烯脂類高倍吸水樹脂，并將其推廣應(yīng)用于美國西部干旱地區(qū)，該推廣獲得成功，一定量地解決了美國西部的干旱問題[7]。隨后美國農(nóng)業(yè)部研制出TAB型高倍吸水樹脂并進(jìn)行了一系列的驗證試驗，結(jié)果表明，TAB的應(yīng)用可以有效地節(jié)約用水，可以降低水分用量的70%左右[7]。1974年，高倍吸水樹脂在美國開始大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并在全球進(jìn)行廣泛使用。20世紀(jì)80年代，日本開發(fā)出一系列聚丙烯酸鹽類高倍吸水樹脂，其性能優(yōu)越、減水率高，目前日本已成為生產(chǎn)和出口高倍吸水樹脂最多的國家之一[7]。日本的三洋化成公司和觸媒化學(xué)公司的研究成果享譽(yù)全球。除此之外，法國、韓國、德國、比利時等發(fā)達(dá)國家先后進(jìn)行了大量的研究并生產(chǎn)出了性能更優(yōu)越的產(chǎn)品。目前，高倍吸水樹脂已經(jīng)被30多個國家推廣應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、衛(wèi)生等多個領(lǐng)域。

相較于國外的科學(xué)研究，我國對高倍吸水樹脂的開發(fā)和研究較晚，始于20世紀(jì)80年代。最早研制成功的是吉林省石油化工設(shè)計研究院和河南省化學(xué)研究所。目前，中科院化學(xué)研究所、北京化學(xué)研究所、中科院長春應(yīng)用研究所、重慶天然氣化工研究所、北京化纖研究所、天津大學(xué)、南開大學(xué)、湖南大學(xué)等數(shù)十個單位已經(jīng)在該方面獲得了較大的成果，產(chǎn)品如中科院化學(xué)研究所研制的“KH841”、中科院長春應(yīng)用研究所所研制的“IAC-13”、中科院蘭州化物所研制的“蘭州晶體”和“蘭州片狀”等[8]。但是與國外相對成熟的成果相比較，我國的研究道路還需繼續(xù)向前發(fā)展。

不同廠家、不同工藝生產(chǎn)出的高倍吸水樹脂，其性能也相差甚遠(yuǎn)。在造林方面主要從目的、使用對象和經(jīng)濟(jì)性能等方面考慮。一般會選擇丙烯酸鹽類高倍吸水樹脂，吸水倍率高，吸水速度快，能夠有效地在樹木育苗過程中提供充足的水分和養(yǎng)料[9]。

2 高倍吸水樹脂的特點

2.1 吸水保水性強(qiáng)

高倍吸水樹脂具有大量強(qiáng)親水基團(tuán)，能夠吸收大量的水分，同時吸收的水分能夠良好保存，不會因為物理擠壓等方式流出，而是通過蒸騰壓力、根系吸水壓力被樹木根系吸收利用，具有極強(qiáng)的保水性。這樣既能保證植物生長所需的水分，又能防止水分消耗，從而能夠保證水分的完美利用[10]。

2.2 改善土壤結(jié)構(gòu)

高倍吸水樹脂在土壤中反復(fù)吸水放水，體積反復(fù)增加降低，有效地改善了土壤，使其產(chǎn)生了大量的孔隙，提高了土壤的透氣性，改善了植物的根系環(huán)境。黃占斌等人發(fā)現(xiàn)高倍吸水樹脂的加入能夠有效地促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成，隨著土壤高倍吸水樹脂含量的增加，大于1 mm的大團(tuán)聚體狀態(tài)廣泛出現(xiàn)[11]。土壤中加入高倍吸水樹脂，可以有效地增加液相比例，降低氣相比例，改善土壤水熱狀況，改善土壤透水性和通氣性。

2.3 節(jié)約肥料和農(nóng)藥

將肥料、水和農(nóng)藥與高倍吸水樹脂混用，高倍吸水樹脂在儲存水的過程中同時會保存農(nóng)藥和肥料，可以延緩農(nóng)藥、肥料的釋放速度，將農(nóng)藥、肥料損失率降低，提高農(nóng)藥、肥料的利用率。與此同時，某些高倍吸水樹脂本身也含有微量元素，促進(jìn)植物的早期生長[12]。

2.4 改善周邊環(huán)境

高倍吸水樹脂能夠吸收大量的水分，通過水分散發(fā)可以減輕周圍環(huán)境的溫差變化，具有一定的保溫性能，會提高植物的存活率[13]。

3 高倍吸水樹脂在造林實踐中的應(yīng)用方法

高倍吸水樹脂一般的使用方法包括直接拌土、蘸根和種子包衣。不同的使用方法主要取決于高倍吸水樹脂的性能和狀態(tài)。一般來說，粉末狀高倍吸水樹脂適合于蘸根和種子包衣，顆粒狀固體適合于直接拌土。

3.1 直接拌土[14]

將顆粒狀高倍吸水樹脂與土壤充分拌合均勻后倒入植物穴內(nèi)，然后將樹苗栽入其中。當(dāng)高倍吸水樹脂遇到水分時，會儲存起來供苗木使用。一般情況下高倍吸水樹脂的使用量約為土壤干重的0.1%，適合深層施用。在施用過程中應(yīng)盡量避免光照，可有效增長高倍吸水樹脂的使用壽命。在干旱地區(qū)，一般會將高倍吸水樹脂經(jīng)過保水后再進(jìn)行拌土，如地區(qū)無灌溉條件，則最好在造林前一年施用高倍吸水樹脂。

3.2 種子包衣[15]

將粉末狀高倍吸水樹脂吸水后與種子充分拌合，使其均勻地附著于種子表面，如同給種子包了一層外衣。為了提高種子的存活率和出苗率，一般情況下會在拌合過程中加入農(nóng)藥和肥料，為后期種子的發(fā)芽提供有效的養(yǎng)分和保護(hù)。

3.3 蘸根[16]

將粉末狀高倍吸水樹脂加入到水溶液中形成高倍吸水樹脂水凝膠，充分?jǐn)嚢韬髮涿绺拷氲礁弑段畼渲z中，待到水凝膠充分均勻附著于樹苗根部后取出。為了給樹苗提供充足的養(yǎng)分，可以將肥料一同加入到水凝膠中進(jìn)行蘸根工作。高倍吸水樹脂的加入量不宜過多，一般濃度約為0.1%即可。

4 高倍吸水樹脂的應(yīng)用效果

通過使用高倍吸水樹脂，樹苗周圍的水分得到了充分的利用。西北水土保持研究所發(fā)現(xiàn)，春季造林后80 d為樹苗成活的關(guān)鍵時刻[17]。通過使用高倍吸水樹脂后，土壤的含水量比未使用高倍吸水樹脂的土壤含水量增加了1.76%~2.45%。這說明高倍吸水樹脂處理樹苗后，能夠有效地吸收水分，保證樹苗的發(fā)育和生長。高倍吸水樹脂不但能夠大大增加水分的利用率，同時還能增加生物產(chǎn)量。研究者發(fā)現(xiàn)使用高倍吸水樹脂后，生物量比對照提高了70%。

在果樹栽培過程中，高倍吸水樹脂的使用能夠減少因缺水而造成的減產(chǎn)。蔡典雄發(fā)現(xiàn)施用高倍吸水樹脂的果樹成活率為90%，果樹產(chǎn)量較對照提高了30%，大大提高其經(jīng)濟(jì)性[18]。

5 高倍吸水樹脂的應(yīng)用問題及展望

高倍吸水樹脂憑借其吸水保水性強(qiáng)、無毒等獨特的性能，在造林綠化方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但需要認(rèn)清的是高倍吸水樹脂只是一種保水劑，不是產(chǎn)水劑，它不能夠自身產(chǎn)水，不能認(rèn)為施用了高倍吸水樹脂就不需要灌溉。它只有在土壤墑情好的情況下才能發(fā)揮效果。在長期干旱且無灌溉條件的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)提前一年進(jìn)行施用，且施用前應(yīng)使高倍吸水樹脂保水后再使用。

目前，目前國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)較為單一，原料選擇范圍較小，產(chǎn)品價格較高，推廣應(yīng)用緩慢。因此不同品種的高倍吸水樹脂性能和質(zhì)量相差很大。建議在今后的應(yīng)用發(fā)展研究中應(yīng)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，使用廉價且量大的原材料，研制出吸水保水性好、價格低廉的產(chǎn)品，真正使高倍吸水樹脂能夠得到廣泛應(yīng)用。

同時，高倍吸水樹脂對植物造林的系統(tǒng)研究仍然不夠，還有很多方面處于空白階段。對不同水土不同植物系統(tǒng)，應(yīng)該有一系列的廣泛應(yīng)用研究和探索。同時還需要對高倍吸水樹脂的功能進(jìn)行研究，不單單是其水吸收和釋放的功能，還有對肥料的吸收和釋放、土壤孔隙率、土壤物理特性等一系列研究。

隨著我國造林綠化工程的不斷擴(kuò)大，綠化灌溉的用水量逐年增加，生態(tài)環(huán)境用水與人生活用水矛盾日益突出。因此，如何合理發(fā)展綠化造林，把先進(jìn)的灌溉技術(shù)與高倍吸水樹脂的應(yīng)用結(jié)合起來，成為了解決用水問題的重要措施，也為高倍吸水樹脂的應(yīng)用提供了廣闊的空間。

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（責(zé)任編輯：楊婷婷）

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

張院生（1962-），男，高級工程師，主要從事育苗、造林及有關(guān)技術(shù)管理工作等。E-mail:ahth4162650@126.com