保水劑在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展*

李炎明，陳　云，2，關(guān)新元，李永生，王　軍，張海軍（.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)業(yè)新技術(shù)推廣服務(wù)中心，新疆　石河子　832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所）

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保水劑在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展*

李炎明1，陳云1，2，關(guān)新元1，李永生1，王軍1，張海軍1
（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)業(yè)新技術(shù)推廣服務(wù)中心，新疆石河子832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所）

摘要：保水劑是一種能吸收自身重量數(shù)百倍甚至上千倍的去離子水或數(shù)十倍的含鹽水分的新型功能性高分子材料，在干旱區(qū)農(nóng)業(yè)上有廣泛的應(yīng)用發(fā)展前景，保水劑可提高土壤吸水能力，增加土壤含水量，提高水分利用效率，可增強(qiáng)土壤保肥能力，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：保水劑；土壤；保水；保肥

我國(guó)是一個(gè)水資源缺乏的國(guó)家，水資源的地域及時(shí)空分配不均進(jìn)一步加劇了缺水的狀況，干旱缺水和土壤退化已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要制約因素。保水劑是一種能吸收自身重量數(shù)百倍甚至上千倍的去離子水或數(shù)十倍的含鹽水分的新型功能性高分子材料[1]，并且可以反復(fù)吸水，吸水后呈凝膠狀，可緩慢釋放水分供作物吸收利用，從而增強(qiáng)土壤保水和持水能力，改良土壤結(jié)構(gòu)，提高水肥利用率，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面具有廣泛的應(yīng)用發(fā)展前景[2]。

1　保水劑對(duì)土壤的作用

1.1提高土壤吸水能力，增加土壤含水量

保水劑是一種內(nèi)部含有大量強(qiáng)親水性基團(tuán)（如羧基、磺酸基、酰胺基、羥基等）的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物，吸水后三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)溶脹，進(jìn)一步加大了蓄水能力。陳海麗等人[3]在飽和含水量分別為50.02%的壤土和44.08%的沙土中施用不同的保水劑，壤土的飽和含水量提高到59.07%～70.61%，沙土的飽和含水量提高到63.41%～77.59%。

1.2增加土壤保水能力，降低土壤入滲速率和水分蒸發(fā)量

合理施用保水劑可以減少土壤的水分蒸發(fā)量和入滲速率。岑睿等人[4]在沙壤土中對(duì)比不同施用方式和施用量的保水劑，土壤的入滲速率較對(duì)照降低4.56%～41.62%；設(shè)置相同的初始含水量，土壤水分蒸發(fā)量較對(duì)照減少15.38%～50.43%。如保水劑用量過(guò)多或使用不當(dāng)，會(huì)使土壤表面滲透性下降太快，造成水分無(wú)法有效下滲，同時(shí)保水劑吸水溶脹后導(dǎo)致土壤孔隙率增加，加快了水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致保水性能下降[5]。

1.3增強(qiáng)土壤保肥能力，提高肥料利用率

保水劑分子具有的離子基團(tuán)能通過(guò)吸附、離子交換、絡(luò)合等方式和部分肥料離子結(jié)合，減少肥料淋溶損失，提高肥料利用率。茍春林等人[6]試驗(yàn)表明，保水劑和尿素混施對(duì)氮素的吸持率達(dá)52.59%，在上述土壤中種植玉米，玉米的生物學(xué)產(chǎn)量、根系干重、氮肥利用率和每千克水產(chǎn)出生物量分別較單施尿素增加16.38%、88.41%、9.03%和27.57%。馬煥成等人[7]在森林土壤中施加保水劑后，顯著提高了土壤中氮、磷、鉀的含量，使土壤堿解氮含量提高133.1%～ 295.8%，有效磷提高10.4%～43.2%，速效鉀提高124.2%～220.3%。

1.4改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)

保水劑吸水后溶脹，使土壤容重下降，孔隙度增加，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，有利于土壤空氣流通；土壤持水量的增加能增加土壤的比熱容，起到調(diào)節(jié)土壤溫度的作用。實(shí)驗(yàn)表明[8]，保水劑能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，對(duì)0.5～5.0mm粒徑的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成起到的作用最明顯；當(dāng)保水劑施用量在0.005%～0.010%范圍時(shí)，土壤團(tuán)聚體增加量最多。

2　保水劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用方式及效果

2.1種子包衣

用保水劑或保水劑和肥料、農(nóng)藥等混合物拌種或造粒，在種子表面形成一層保護(hù)膜，能為種子萌發(fā)提供有效的水分和養(yǎng)分供給，降低病害發(fā)生率，提高出苗率。向曉明等人[9]用保水劑對(duì)春小麥進(jìn)行包衣處理，小麥出苗提前1～2d，出苗率提高6.5%～11.1%，產(chǎn)量提高7.46%～12.66%，這與李布青等人[10]的試驗(yàn)結(jié)果一致。雷昌云等人[11]在包衣劑中添加保水劑處理水稻種子，較常規(guī)包衣劑處理出苗率增加6.6%，增產(chǎn)12.1%。米青榮等人[12]用經(jīng)保水劑處理的花生與常規(guī)播種對(duì)比，出苗提前1d，出苗率提高5.6%。

2.2育苗

用保水劑與其他基質(zhì)混合，可用于蔬菜和苗木的工廠化育苗，也可用于盆栽花卉的種植。董傳遷等人[13]的試驗(yàn)表明，將保水劑與基質(zhì)混合進(jìn)行甜椒穴盤育苗，在保水劑用量為4g/L時(shí)，幼苗的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)、凈光合速率、根系活力、葉片脯氨酸和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，壯苗指數(shù)比對(duì)照提高46.6%；添加保水劑可使甜椒苗期節(jié)水、節(jié)肥率達(dá)到12.8%～51.8%，這與李建設(shè)等人[14]的試驗(yàn)結(jié)果一致。在番茄[15-16]、黃瓜[17]、茄子[18]等作物上的試驗(yàn)也表明，育苗時(shí)在基質(zhì)中添加適量保水劑，作物秧苗的生物量、生理活性、抗逆性增長(zhǎng)顯著，有利于提高作物秧苗質(zhì)量。當(dāng)保水劑施用量過(guò)大時(shí)，秧苗的質(zhì)量開始下降，這可能是由于較多的保水劑凝膠使基質(zhì)的含水量過(guò)高，影響了基質(zhì)的透氣性，降低了秧苗根系的活力，使秧苗的生長(zhǎng)受到抑制。

2.3土壤直接施用

保水劑土壤直接施用主要有地表撒施和溝施或穴施2種。

地表撒施是將保水劑均勻撒于地表或整地時(shí)翻入土中，用量為50～100kg/hm2，主要用于飼料作物、綠化草坪等。李中陽(yáng)等人[19]施用5種不同的保水劑，施用量為30kg/hm2和60kg/hm2，撒施后翻入地中，冬小麥產(chǎn)量增加1.3%～7.9%，水分利用效率由對(duì)照的17.1kg/（hm2·mm）提高到18.0～ 20.7kg/（hm2·mm）。毛思帥等人[20]在較貧瘠的沙地種植沙地燕麥，在4個(gè)施肥水平 （分別施用N-P2O5-K2O∶15-15-15復(fù)合肥375、300、225、150kg/hm2）下，施用保水劑60kg/hm2，與對(duì)照相比燕麥平均秸稈產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量、地上部和地下部生物量分別增加38.58%、22.60%、32.02%和24.59%；籽粒產(chǎn)量肥料利用率提高29.6%，土壤中的全N、速效P、速效K含量均相對(duì)增加，生物產(chǎn)量肥料利用率提高39.8%。李佳嶺等人[21]的試驗(yàn)表明，在土壤中施用保水劑50 kg/hm2并翻入土壤表層0～5cm，種植黑麥草草坪，能顯著提高土壤的體積含水量、保肥能力、草坪生長(zhǎng)速度和草坪蓋度等。

播種時(shí)根據(jù)不同的作物選擇不同的保水劑用量，施用量在10～150kg/hm2不等，采用開溝施或穴施，一般在施入的同時(shí)或施入后即可播種或移栽。程闖勝等人[22]在玉米苗期溝施保水劑45kg/hm2，與對(duì)照相比，土壤20～60cm土層含水量提高18.31%，60～100cm土層含水率降低14.04%，上層土壤中硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有效磷均有提高，表明保水劑有效降低了水分的下滲和由此帶來(lái)的淋溶作用導(dǎo)致的養(yǎng)分流失，玉米粗蛋白、粗淀粉、產(chǎn)量分別提高8.5%、1.0%、20.0%，粗纖維降低24.2%。池文澤等人[23]將保水劑與棉種混合后用播種機(jī)隨棉種一同穴施，在滴灌條件下，節(jié)水40%，保水劑施用量90kg/hm2和60 kg/hm2時(shí)，較常規(guī)滴水分別增產(chǎn)18.95%、16.36%。西瓜[24]、馬鈴薯[25]等作物穴施或撒施保水劑后，產(chǎn)量、水分利用效率（WUE）等均有提高。

2.4蘸根

一般用于甘薯、蔬菜和苗木的移栽，保水劑蘸根后在植株根部形成一層保護(hù)膜，防止植株根部水分流失，移栽時(shí)可提高植株的成活率，縮短緩苗期。試驗(yàn)表明，番茄、茄子幼苗經(jīng)保水劑蘸根處理后移栽，定植后2～4周內(nèi)株高、葉面積等均有提高，緩苗時(shí)間明顯縮短[26]。采用保水劑對(duì)一年生馬尾松、杉木、板栗苗進(jìn)行蘸根移栽，成活率分別為88.6%、93.2%、97.0%，對(duì)照組為68.2%、77.3%、50.0%。其中，馬尾松苗生物量比對(duì)照提高126.9%，其根、枝、葉生物量分別提高53.6%、52.1%和258.5%；采用保水劑蘸根的杉木苗，其生物量比清水對(duì)照組提高69.3%，其中根、枝、葉生物量分別提高62.6%、50.3% 和93.1%[27]。

3　未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及需要解決的問(wèn)題

3.1新型保水劑的研制

目前保水劑生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)較為成熟，主要是聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺及它們的共聚物，以及淀粉、纖維素等和它們的接枝共聚物等。聚丙烯酸鹽類保水劑易和土壤中的二價(jià)金屬離子如鈣、鎂、錳等發(fā)生拮抗反應(yīng)，降低保水劑的吸水倍數(shù)和使用效果[28]。因此，研究抗拮抗、耐水解、耐光老化、微生物降解慢的新型保水劑對(duì)延長(zhǎng)保水劑的有效期、降低保水劑的綜合使用成本具有重要意義。

3.2系列化、功能化保水劑的研制

拌種、土壤施用、蘸根、育苗等不同用途保水劑的技術(shù)指標(biāo)要求各有不同，保水劑可與肥料、農(nóng)藥和其他農(nóng)化產(chǎn)品結(jié)合，發(fā)展大田作物、植樹造林、防沙治沙等多種用途的專用保水劑系列產(chǎn)品。目前主要有2種技術(shù)路線，一是通過(guò)化學(xué)方法在保水劑分子鏈上引入不同的功能性基團(tuán)，從而合成多功能復(fù)合型保水劑；二是通過(guò)混合不同功能和有效成分的保水劑、肥料、農(nóng)藥等研制復(fù)合型保水劑，克服不同組分之間的拮抗作用。通過(guò)上述路線確定各種不同功能成分的合理配比，研制出專用型、營(yíng)養(yǎng)齊全、用途明確、可降解的環(huán)保型多功能保水劑。

3.3保水劑的應(yīng)用技術(shù)及機(jī)理研究

目前對(duì)保水劑的應(yīng)用研究主要集中在保水劑在育苗和移栽成活率、作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量等方面，但多數(shù)為試驗(yàn)報(bào)告性質(zhì)。由于保水劑用量少，形狀不規(guī)則，不利于機(jī)械施用，而影響了在大田農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中，要使保水劑的節(jié)水抗旱效果充分發(fā)揮，要綜合考慮氣候、地區(qū)、土壤、作物等因素，通過(guò)長(zhǎng)期系統(tǒng)性研究形成不同保水劑產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，并研究保水劑和作物、土壤、肥料間的作用機(jī)理，研發(fā)出適應(yīng)機(jī)械精確施用的物理性狀，降低保水劑的施用成本，提高投入產(chǎn)出比，才能促進(jìn)保水劑在農(nóng)業(yè)上的規(guī)?；瘧?yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒新禧.超強(qiáng)吸水劑（第2版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：3-4.

[2]黃占斌，辛小桂，寧榮昌，等.保水劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2003，21（3）：11-14.

[3]陳海麗，吳震，劉明池.不同保水劑的吸水保水特性[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19（1）：201-206.

[4]岑睿，屈忠義，于健，等.保水劑對(duì)半干旱區(qū)沙壤土水分運(yùn)動(dòng)的影響試驗(yàn)研究 [J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2016，30（2）：122-127.

[5]李興，蔣進(jìn)，宋春武，等.不同粒徑保水劑吸水特性及其對(duì)土壤物理性能的影響[J].干旱區(qū)研究，2012，29（4）：609-614.

[6]茍春林，王新愛，李永勝，等.保水劑與氮肥的相互影響及節(jié)水保肥效果[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（19）：4015-4021.

[7]馬煥成，羅質(zhì)斌，陳義群，等.保水劑對(duì)土壤養(yǎng)分的保蓄作用[J].浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，21（4）：404-407.

[8]黃占斌，萬(wàn)惠娥，鄧西平，等.保水劑在改良土壤和作物抗旱節(jié)水中的效應(yīng)[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報(bào)，1999，5（4）：52-56.

[9]向曉明，劉作新，鄭昭佩.保水劑包衣對(duì)春小麥出苗及產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2001，17（3）：38-40.

[10]李布青，郭肖穎，何傳龍，等.抗旱保水劑在小麥種子包衣上的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，32（6）：1131-1132.

[11]雷昌云，邢丹英，羅耀美，等.不同水稻種子包衣劑免耕直播效應(yīng)的初步研究 [J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35（20）：6070-6071.

[12]米青榮，王麗萍.保水劑包衣和土壤溝施對(duì)花生生理特性及產(chǎn)量構(gòu)成的影響[J].作物雜志，2003（4）：22-23.

[13]董傳遷，尹程程，魏珉，等.添加保水劑對(duì)甜椒穴盤育苗效果及水肥利用效率的影響 [J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（10）：134-139.

[14]李建設(shè)，高艷明，李志鵬.保水劑與供水方式對(duì)辣椒幼苗生長(zhǎng)的影響[J].北方園藝，2010（15）：99-104.

[15]陳柯宇，趙瑞，陳俊琴，等.不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)保水劑對(duì)番茄穴盤苗生長(zhǎng)發(fā)育及質(zhì)量的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19（8）：171-174.

[16]許紅軍，宋冰燕，吳慧，等.聚丙烯酰胺保水劑在番茄育苗中的應(yīng)用研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（11）：64-66.

[17]韓旭，趙瑞，陳俊琴，等.添加不同濃度保水劑的育苗塊對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育及其質(zhì)量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，24 （4）：209-211.

[18]蔣雅琴，李文嘉，康德賢.不同保水劑對(duì)果菜類蔬菜育苗的影響[J].中國(guó)蔬菜，2014（6）：40-43.

[19]李中陽(yáng)，樊向陽(yáng)，杜臻杰，等.不同類型保水劑對(duì)冬小麥水分利用效率和根系形態(tài)的影響 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，26 （12）：3753-3758.

[20]毛思帥，M.RobiulIslam，賈鵬飛，等.保水劑和施肥量對(duì)沙地燕麥生產(chǎn)的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào)，2011，31（2）：308-313.

[21]李佳嶺，李龍保，廖宗文，等.保水劑施用層次對(duì)草坪生長(zhǎng)及土壤水肥的影響[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（4）：61-67.

[22]程闖勝，任樹梅，楊培嶺，等.保水劑對(duì)大田雨養(yǎng)玉米水肥利用效率影響的試驗(yàn)研究 [J].灌溉排水學(xué)報(bào)，2014，33（6）：141-144.

[23]池文澤，周斌，盛瑋，等.保水劑在棉花生產(chǎn)上的應(yīng)用[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（5）：73-75.

[24]杜社妮，白崗栓，趙世偉，等.沃特保水劑對(duì)西瓜生長(zhǎng)及土壤環(huán)境的影響 [J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版）. 2007，35（8）：102-108.

[25]任永峰，趙舉，路戰(zhàn)遠(yuǎn)，等.馬鈴薯種子播前抗旱處理技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2013（4）：25-27.

[26]張亞莉，劉桂芹，劉玉青，等.沼液與保水劑配合使用對(duì)移栽植物的緩苗作用[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（3）：484-485.

[27]何景峰，唐德瑞，李根前，等.SA型高效保水劑對(duì)造林成活率及苗木生長(zhǎng)的影響[J].陜西林業(yè)科技，1994（3）：76-78.

[28]川島和夫.農(nóng)用土壤改良劑——新型保水劑[J].土壤學(xué)進(jìn)展，1986（3）：49-52.

收稿日期：2016—05—12

*基金項(xiàng)目：新疆農(nóng)墾科學(xué)院青年科學(xué)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：YQJ201112。