摘 要 保水劑是一種人工合成的具有超強(qiáng)吸水保水能力的高分子聚合物，在水土保持和邊坡綠化防護(hù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)保水劑的類型、性質(zhì)、作用、使用方法，及其在邊坡綠化防護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述和討論。
關(guān)鍵詞 保水劑；邊坡；綠化防護(hù)
中國(guó)是世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，水土流失面積達(dá)356萬(wàn)km2，占國(guó)土面積的37%。目前，中國(guó)全國(guó)宜治理的水土流失面積仍有二百萬(wàn)平方公里，按現(xiàn)在的治理速度，需要半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間才能得到初步治理。并且，水利、公路、鐵路、礦山等建筑工程建設(shè)以及人類其他活動(dòng)會(huì)造成大量的裸露土坡和巖石邊坡，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。這些水土流失依靠自然力量難以恢復(fù)、甚至?xí)訍夯榱思涌爝吰滤亮魇У闹卫恚蒲泄ぷ髡唛_(kāi)發(fā)出各種技術(shù)和產(chǎn)品來(lái)綠化邊坡。在眾多的措施中，應(yīng)用保水劑治理邊坡水土流失是目前采用的重要手段之一。保水劑又稱為高吸水性樹(shù)脂、超強(qiáng)吸水劑、固體水或高分子吸水劑，是利用強(qiáng)吸水樹(shù)脂制成的一種具有強(qiáng)力吸水保水能力的高分子聚合物。它能迅速吸收比自身重?cái)?shù)百倍甚至上千倍的去離子水，數(shù)十倍至近百倍的含鹽水分，并且具有重復(fù)吸水的功能，吸水后膨脹為水凝膠，然后緩慢釋放水分供種子發(fā)芽和作物生長(zhǎng)利用，從而增強(qiáng)土壤保水性能、改良土壤結(jié)構(gòu)、減少水的深層滲漏和土壤養(yǎng)分流失、提高水分利用率。保水劑適合在降水稀少、雨水年季分布不均勻的地區(qū)以及缺少灌溉水源的地區(qū)使用。
1 保水劑的類型
保水劑是一種交聯(lián)密度很低、不溶于水、高水膨脹性的吸水力特別強(qiáng)的高分子聚合物。保水劑的成分因生產(chǎn)廠家和劑型而分為不同系列：1)淀粉系列，包括淀粉接枝、羥甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉和淀粉黃原酸鹽等。2)纖維素系列，包括纖維素接枝、羥甲基化纖維素、羥丙基化纖維素和黃原酸化纖維素等。3)合成聚合物系列，包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類和無(wú)機(jī)聚合物類等。4)蛋白質(zhì)系列，包括大豆蛋白、絲蛋白類和谷蛋白類等。5)其他系列，包括果膠、藻酸、殼聚糖等。6)混合系列，各種不同類別的保水劑的混合物。以淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物和丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物應(yīng)用最為廣泛。聚丙烯酰胺型保水劑使用周期長(zhǎng)，穩(wěn)定性和耐鹽性好，缺點(diǎn)是吸水能力逐年下降，一般可維持四年左右；淀粉接枝型保水劑吸水倍率和速率較大，成本相對(duì)較低，缺點(diǎn)是使用壽命短，易于降解，一般只能維持1－2年左右，穩(wěn)定性和耐鹽性較差。
2 保水劑的特點(diǎn)
保水劑具有以下的特點(diǎn)：1)能快速吸收雨水、灌溉水并保存起來(lái)，當(dāng)植物需要時(shí)，又緩慢釋放，這樣既能保證植物正常生長(zhǎng)所需的水份，又能防止因蒸發(fā)、滲漏、流失把水份浪費(fèi)掉，保證土壤長(zhǎng)期保持濕潤(rùn)，可反復(fù)吸水、放水、緩慢供植物利用。2)改良土壤結(jié)構(gòu)(團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、透水性、透氣性、熱容量)。反復(fù)的收縮與吸脹給土壤造成大量的孔隙，提高了土壤的透氣性、透水性，改善了根際環(huán)境，同時(shí)也增強(qiáng)了根際微生物的活動(dòng)，加快了根際周圍有機(jī)礦物質(zhì)的分解有利于根系吸收，促進(jìn)了根系和植物的生長(zhǎng)發(fā)育，改良了土壤基質(zhì)，防止土壤板結(jié)，鹽漬化。3)在各類土壤、各種植物以及不同氣候條件下都能保持其穩(wěn)定性和高效性。4)促進(jìn)生長(zhǎng)，可提高種子發(fā)芽率5－15%，提早出苗1.5－3天，且促進(jìn)根系生長(zhǎng)，使植物根系更深。5)節(jié)省肥料和農(nóng)藥。如將農(nóng)藥肥料與其混用，在其儲(chǔ)存雨水和灌溉水的同時(shí)也能把農(nóng)藥肥料保存起來(lái)緩慢釋放，不會(huì)因蒸發(fā)、滲漏和流失而把農(nóng)藥肥料浪費(fèi)掉，從而提高農(nóng)藥肥料的利用率。6)無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)副作用，使用過(guò)程對(duì)環(huán)境作物沒(méi)有任何污染。
3 保水劑的保水改土作用
保水劑加入土壤以后能提高土壤對(duì)降水的吸收能力，提高土壤的吸水速度。在一定范圍內(nèi)，土壤吸水能力隨著保水劑用量的增加而增加。
保水劑在水份充足時(shí)吸收水份并將其儲(chǔ)存起來(lái)供植物生長(zhǎng)需要時(shí)使用，能提高土壤的保水能力，抑制土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，增加土壤含水量。
保水劑能改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力。保水劑加入土壤以后，土壤形成團(tuán)聚體的能力增強(qiáng)。保水劑反復(fù)地收縮與吸脹給土壤造成了大量的孔隙，提高了土壤的透氣性，改善了根隙環(huán)境，同時(shí)也增強(qiáng)了根隙微生物的活動(dòng)，加快了根際周圍有機(jī)礦物質(zhì)的分解，有利于根系吸收，促進(jìn)了根系和植物的生長(zhǎng)發(fā)育，改良了土壤基質(zhì)，防止土壤板結(jié)和鹽漬化。
保水劑與其它肥料結(jié)合使用，可以延緩肥料釋放速度，提高肥料的利用效率率。保水劑中所含有的微量元素也可以緩慢釋放，供植物生長(zhǎng)使用。
由于保水劑吸收大量的水分，減少了保水劑周圍環(huán)境溫度的變化，因此，還具有一定的保溫性能。
4 保水劑的使用方法
保水劑的物理形狀為規(guī)則或不規(guī)則的顆粒狀和粉末狀固體。一般來(lái)說(shuō)，顆粒狀產(chǎn)品通氣性較好，壽命長(zhǎng)，適合于拌土使用。粉末狀保水劑拌土使用時(shí)，如若與土壤攪拌不勻，吸水后易造成土壤局部含水量過(guò)多，影響土壤透氣性，甚至造成苗木根系腐爛。故一般不用于拌土，而適合于種子包衣或蘸根。一般還需要根據(jù)土壤類型不同使用保水劑，砂土中適宜使用較大顆粒的保水劑，粘土和壤土中適宜使用粉末狀的保水劑。
5 保水劑在邊坡綠化中的應(yīng)用
由于邊坡、特別是陡峭的巖質(zhì)邊坡，土層瘠薄，水分不易保存，植物難以生根發(fā)芽，用保水劑混合植物種子播種，結(jié)合其他土壤穩(wěn)定技術(shù)，可以提高邊坡土壤的存水量，使植物能夠正常生長(zhǎng)，并能夠減少灌溉用水量和提高植物的抗逆能力。陳本建(2000)報(bào)道，使用保水劑可以提高黑麥草的出苗率，提高其抗旱性，減少灌水量，并使其提前出苗。楊勇等(2002)、丁書(shū)俠等(2003)試驗(yàn)研究表明，利用保水劑在路基邊坡造林，可提高苗木成活率和保存率，增加根系層土壤含水率，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，使苗木成活保存率提高7%，生長(zhǎng)量增加19.2%，土壤含水率提高1.83%。
6 討論
保水劑不是造水劑，在使用時(shí)應(yīng)使其充分吸水，才能發(fā)揮保水作用。不同的廠家生產(chǎn)的保水劑性質(zhì)不同，還需要對(duì)照說(shuō)明書(shū)，按照要求規(guī)范使用，才能取得最佳效果。
目前保水劑的功能主要是集水、保水和節(jié)水，但是保水劑與水、土壤的相互作用、以及保水劑與植物根系相互作用的研究還不多。我們還需要開(kāi)發(fā)具有更多諸如保肥、促進(jìn)生長(zhǎng)等功能的保水劑。
保水劑的制作原料主要是石油產(chǎn)品、纖維素、淀粉及其衍生物，制造成本較高。今后應(yīng)開(kāi)發(fā)出廉價(jià)并且吸水能力強(qiáng)、吸水速度快、持效性長(zhǎng)的保水劑產(chǎn)品，真正促進(jìn)保水劑在水土保持和邊坡綠化中的大面積推廣利用。
關(guān)鍵詞 保水劑；邊坡；綠化防護(hù)
中國(guó)是世界上水土流失最嚴(yán)重的國(guó)家之一，水土流失面積達(dá)356萬(wàn)km2，占國(guó)土面積的37%。目前，中國(guó)全國(guó)宜治理的水土流失面積仍有二百萬(wàn)平方公里，按現(xiàn)在的治理速度，需要半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間才能得到初步治理。并且，水利、公路、鐵路、礦山等建筑工程建設(shè)以及人類其他活動(dòng)會(huì)造成大量的裸露土坡和巖石邊坡，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。這些水土流失依靠自然力量難以恢復(fù)、甚至?xí)訍夯榱思涌爝吰滤亮魇У闹卫恚蒲泄ぷ髡唛_(kāi)發(fā)出各種技術(shù)和產(chǎn)品來(lái)綠化邊坡。在眾多的措施中，應(yīng)用保水劑治理邊坡水土流失是目前采用的重要手段之一。保水劑又稱為高吸水性樹(shù)脂、超強(qiáng)吸水劑、固體水或高分子吸水劑，是利用強(qiáng)吸水樹(shù)脂制成的一種具有強(qiáng)力吸水保水能力的高分子聚合物。它能迅速吸收比自身重?cái)?shù)百倍甚至上千倍的去離子水，數(shù)十倍至近百倍的含鹽水分，并且具有重復(fù)吸水的功能，吸水后膨脹為水凝膠，然后緩慢釋放水分供種子發(fā)芽和作物生長(zhǎng)利用，從而增強(qiáng)土壤保水性能、改良土壤結(jié)構(gòu)、減少水的深層滲漏和土壤養(yǎng)分流失、提高水分利用率。保水劑適合在降水稀少、雨水年季分布不均勻的地區(qū)以及缺少灌溉水源的地區(qū)使用。
1 保水劑的類型
保水劑是一種交聯(lián)密度很低、不溶于水、高水膨脹性的吸水力特別強(qiáng)的高分子聚合物。保水劑的成分因生產(chǎn)廠家和劑型而分為不同系列：1)淀粉系列，包括淀粉接枝、羥甲基化淀粉、磷酸酯化淀粉和淀粉黃原酸鹽等。2)纖維素系列，包括纖維素接枝、羥甲基化纖維素、羥丙基化纖維素和黃原酸化纖維素等。3)合成聚合物系列，包括聚丙烯酸鹽類、聚乙烯醇類、聚氧化烷烴類和無(wú)機(jī)聚合物類等。4)蛋白質(zhì)系列，包括大豆蛋白、絲蛋白類和谷蛋白類等。5)其他系列，包括果膠、藻酸、殼聚糖等。6)混合系列，各種不同類別的保水劑的混合物。以淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物和丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物應(yīng)用最為廣泛。聚丙烯酰胺型保水劑使用周期長(zhǎng)，穩(wěn)定性和耐鹽性好，缺點(diǎn)是吸水能力逐年下降，一般可維持四年左右；淀粉接枝型保水劑吸水倍率和速率較大，成本相對(duì)較低，缺點(diǎn)是使用壽命短，易于降解，一般只能維持1－2年左右，穩(wěn)定性和耐鹽性較差。
2 保水劑的特點(diǎn)
保水劑具有以下的特點(diǎn)：1)能快速吸收雨水、灌溉水并保存起來(lái)，當(dāng)植物需要時(shí)，又緩慢釋放，這樣既能保證植物正常生長(zhǎng)所需的水份，又能防止因蒸發(fā)、滲漏、流失把水份浪費(fèi)掉，保證土壤長(zhǎng)期保持濕潤(rùn)，可反復(fù)吸水、放水、緩慢供植物利用。2)改良土壤結(jié)構(gòu)(團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、透水性、透氣性、熱容量)。反復(fù)的收縮與吸脹給土壤造成大量的孔隙，提高了土壤的透氣性、透水性，改善了根際環(huán)境，同時(shí)也增強(qiáng)了根際微生物的活動(dòng)，加快了根際周圍有機(jī)礦物質(zhì)的分解有利于根系吸收，促進(jìn)了根系和植物的生長(zhǎng)發(fā)育，改良了土壤基質(zhì)，防止土壤板結(jié)，鹽漬化。3)在各類土壤、各種植物以及不同氣候條件下都能保持其穩(wěn)定性和高效性。4)促進(jìn)生長(zhǎng)，可提高種子發(fā)芽率5－15%，提早出苗1.5－3天，且促進(jìn)根系生長(zhǎng)，使植物根系更深。5)節(jié)省肥料和農(nóng)藥。如將農(nóng)藥肥料與其混用，在其儲(chǔ)存雨水和灌溉水的同時(shí)也能把農(nóng)藥肥料保存起來(lái)緩慢釋放，不會(huì)因蒸發(fā)、滲漏和流失而把農(nóng)藥肥料浪費(fèi)掉，從而提高農(nóng)藥肥料的利用率。6)無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)副作用，使用過(guò)程對(duì)環(huán)境作物沒(méi)有任何污染。
3 保水劑的保水改土作用
保水劑加入土壤以后能提高土壤對(duì)降水的吸收能力，提高土壤的吸水速度。在一定范圍內(nèi)，土壤吸水能力隨著保水劑用量的增加而增加。
保水劑在水份充足時(shí)吸收水份并將其儲(chǔ)存起來(lái)供植物生長(zhǎng)需要時(shí)使用，能提高土壤的保水能力，抑制土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，增加土壤含水量。
保水劑能改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力。保水劑加入土壤以后，土壤形成團(tuán)聚體的能力增強(qiáng)。保水劑反復(fù)地收縮與吸脹給土壤造成了大量的孔隙，提高了土壤的透氣性，改善了根隙環(huán)境，同時(shí)也增強(qiáng)了根隙微生物的活動(dòng)，加快了根際周圍有機(jī)礦物質(zhì)的分解，有利于根系吸收，促進(jìn)了根系和植物的生長(zhǎng)發(fā)育，改良了土壤基質(zhì)，防止土壤板結(jié)和鹽漬化。
保水劑與其它肥料結(jié)合使用，可以延緩肥料釋放速度，提高肥料的利用效率率。保水劑中所含有的微量元素也可以緩慢釋放，供植物生長(zhǎng)使用。
由于保水劑吸收大量的水分，減少了保水劑周圍環(huán)境溫度的變化，因此，還具有一定的保溫性能。
4 保水劑的使用方法
保水劑的物理形狀為規(guī)則或不規(guī)則的顆粒狀和粉末狀固體。一般來(lái)說(shuō)，顆粒狀產(chǎn)品通氣性較好，壽命長(zhǎng)，適合于拌土使用。粉末狀保水劑拌土使用時(shí)，如若與土壤攪拌不勻，吸水后易造成土壤局部含水量過(guò)多，影響土壤透氣性，甚至造成苗木根系腐爛。故一般不用于拌土，而適合于種子包衣或蘸根。一般還需要根據(jù)土壤類型不同使用保水劑，砂土中適宜使用較大顆粒的保水劑，粘土和壤土中適宜使用粉末狀的保水劑。
5 保水劑在邊坡綠化中的應(yīng)用
由于邊坡、特別是陡峭的巖質(zhì)邊坡，土層瘠薄，水分不易保存，植物難以生根發(fā)芽，用保水劑混合植物種子播種，結(jié)合其他土壤穩(wěn)定技術(shù)，可以提高邊坡土壤的存水量，使植物能夠正常生長(zhǎng)，并能夠減少灌溉用水量和提高植物的抗逆能力。陳本建(2000)報(bào)道，使用保水劑可以提高黑麥草的出苗率，提高其抗旱性，減少灌水量，并使其提前出苗。楊勇等(2002)、丁書(shū)俠等(2003)試驗(yàn)研究表明，利用保水劑在路基邊坡造林，可提高苗木成活率和保存率，增加根系層土壤含水率，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，使苗木成活保存率提高7%，生長(zhǎng)量增加19.2%，土壤含水率提高1.83%。
6 討論
保水劑不是造水劑，在使用時(shí)應(yīng)使其充分吸水，才能發(fā)揮保水作用。不同的廠家生產(chǎn)的保水劑性質(zhì)不同，還需要對(duì)照說(shuō)明書(shū)，按照要求規(guī)范使用，才能取得最佳效果。
目前保水劑的功能主要是集水、保水和節(jié)水，但是保水劑與水、土壤的相互作用、以及保水劑與植物根系相互作用的研究還不多。我們還需要開(kāi)發(fā)具有更多諸如保肥、促進(jìn)生長(zhǎng)等功能的保水劑。
保水劑的制作原料主要是石油產(chǎn)品、纖維素、淀粉及其衍生物，制造成本較高。今后應(yīng)開(kāi)發(fā)出廉價(jià)并且吸水能力強(qiáng)、吸水速度快、持效性長(zhǎng)的保水劑產(chǎn)品，真正促進(jìn)保水劑在水土保持和邊坡綠化中的大面積推廣利用。