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1.保水剂的种类 目前国内外的保水剂共分为两大类,一类是丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵等);另一类是淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物(淀粉接枝丙烯酸盐)。
(1)聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺呈白色颗粒晶体状,主要成分为:丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸钾23%-24%+水8%-10%+交联剂0.5%-1.0%。在国际上,法国、德国、日本、美国和比利时等国所生产的保水剂大多属于这类成分的产品。该产品的特点是:使用周期和寿命较长,在土壤中的蓄水保墒能力可维持4年左右,但其吸水能力会逐年降低。据黄土区造林试验观察,使用该类保水剂造林后的当年,其吸水倍率维持在100-120倍,第二年吸水倍率降低20%-30%,第三年降低约40%-50%,第四年降低更多。
(2)聚丙烯酸钠聚丙烯酸钠为白色或浅灰色颗粒状晶体,主要成分有:聚丙烯酸钠88%(其中含钠24.5%)+水8%-10%+交联剂0.5%-1.0%。国内生产的保水剂大多是这种成分的产品。其主要特点是:吸水倍率高,吸水速度快,但保水性能只能保持2年有效。据造林试验观测,这类产品的吸水能力和吸水速率明显高于聚丙烯酰胺产品,在土壤中如遇充分给水,0.5-1.0小时后便迅速吸收自重的130-140倍的水分;但第二年的吸水倍率要降低约60%左右。由于聚丙烯酸钠会造成土壤中钠离子含量的递增,林业和农业用保水剂的生产厂家大多改为生产聚丙烯酸钾或聚丙烯酸铵。
(3)淀粉接枝丙烯酸盐淀粉接枝丙烯酸盐为白色或淡黄色颗粒状晶体,主要成分为:淀粉18%-27%+丙烯酸盐62%-71%+水10%+交联剂0.5%-1.0%。这种产品在用于造林地蓄水保墒时,使用寿命一般只能维持1年多的时间,但吸水倍率和吸水速度等性状极佳。据实验室对黄土浸提液的吸水对比试验,该类保水剂在遇水后的15-20分钟内即可吸收自重150-160倍的水分。
2.使用方法 保水剂是一种高吸水性树脂,这类物质含有大量结构特异的强吸水基团,在树脂内部可产生高渗透缔合作用并通过其网孔结构吸水。它的最大吸水力高达每平方厘米13-14千克,可吸收自身重量的数百倍至上千倍的纯水,并且这些被吸收的水分不能用一般的物理方法排挤出来,所以它又具有很强的保水性。由于树木根系的吸水力大多为每平方厘米17-18千克,一般情况下不会出现根系水分的倒流,而林木根系却能直接吸收贮存在保水剂中的水分,这一特性决定了保水剂在农林业抗旱节水植物栽培技术中的广泛应用。
造林绿化工程中,保水剂一般的使用方法是,在植树穴内将保水剂与土壤充分均匀混合后再栽植苗木,当土壤中的保水剂遇到下渗水后,可以有效蓄贮水分供苗木利用。要注意的是,保水剂并不是造水剂。因此,正确的使用应该是在雨季造林前整地时就施用保水剂,经一个雨季的充分吸水,便可使当年的雨季或秋季造林成活率甚至翌年春季造林的成活率提高15%-20%,生长量提高25%左右。
而在干旱少雨且又无灌溉条件的情况下,例如春季造林,当土壤含水量不足10%时,施用保水剂前应将其投入大容器中充分浸泡,使之充分吸水呈饱和凝胶后再与土壤混合使用,否则结果将适得其反。当然,如条件允许,各造林季节尽量都使用浸泡吸水后的保水剂,效果会更好,因为干保水剂在土壤中遇水膨胀时,由于周边土壤的压力会降低其吸水的能力;而使用事先吸水膨胀后的保水剂,特别是大颗粒的保水剂,既可保证其释水缩小后再遇水膨胀的有效空间,还可增大土壤孔隙和通气性能。
通过对各类保水剂的多年使用对比,造林绿化适宜采用0.5-3毫米粒径的大颗粒保水剂产品,这样既能满足土壤孔隙空气通畅的要求,又可保证所贮存水分的80%-85%被林木高效利用;一些粉状保水剂产品,使用时若与土壤混合不均匀,吸水后容易在局部产生糊状凝胶,造成相当范围的土壤蓄水过高,严重影响土壤通气和林木生长,甚至造成林木枯死。
3.使用量 应用保水剂时,施入量一般情况下以占施入范围内(植树穴)干土重的0.1%为最佳。施入量过大,不但成本高,而且雨季常会造成土壤贮水过高,引起土壤通气不畅而导致林木根系腐烂。在具体造林绿化中,保水剂的单位面积工程施用量取决于造林密度、树种、整地方式和植树穴规格等诸多因素。
根据对降水量为400毫米左右黄土半干旱区的适宜造林密度的研究,针叶树种每公顷1200-1500株,阔叶树种每公顷750-900株,经济树种每公顷500株的造林密度比较合理。在考虑上述合理密度和具体整地方式的基础上,经数年不同保水剂施用量的实地造林对比试验和成本核算,确定出主要树种造林的保水剂合理用量。若采用2-3年生针叶苗,植树穴规格为30厘米深、30厘米穴底直径,保水剂合理用量为每株25克,按平均价格计算成本,折合每公顷600-750元;若采用1-2年生阔叶树苗木,植树穴深40厘米、穴底直径40厘米,保水剂用量每株60克,每公顷折合900-1050元;2年生经济林苗木,采用50厘米深、50厘米穴底直径植树穴,用量每株120克,成本为每公顷1200元。
配合其它技术措施,保水剂一般广泛应用于各种植苗造林。
为防止苗木栽植前在运输过程中根系失水,可采用保水剂蘸根的方法。具体方法是:将0.1-0.2毫米粒径的粉粒状"淀粉接枝丙烯酸盐"类型保水剂产品,按0.1%浓度投入浸根用容器中,充分搅拌均匀,20分钟后使用;裸根苗在保水剂浸液中浸泡半分钟后即可取出,最好再用塑料薄膜包扎。这样完全可以保证苗木根系在10小时内不失水。经对比测定,采用保水剂蘸根法处理的苗木,造林成活率可相应提高15%以上。
保水剂同样也可用于大苗移植造林。1999年春季,北京林业大学在头年反坡梯田整地后的造林地,进行了5年针叶树种侧柏、油松的带土坨大苗移植造林对比试验,植树穴规格为50厘米×50厘米,土壤墒情一般,含水量为10%-11%。使用保水剂的植树穴,在大苗移植前施用了事先经充分浸泡吸水呈饱和状态的大颗粒保水剂10千克(相当于干保水剂83克),而后与植树穴内的土壤充分搅拌、均匀混合;植树后为避免紫外线对保水剂的降解作用,同时为了降低土壤蒸发量,所有植树穴的表面都覆盖了虚土和3厘米厚的作物秸秆。经测定,造林后施用保水剂的大苗移植造林成活率仍然高达90%,其它仅为71%。为了简化使用,降低造林成本,近两年北京林业大学摸索出一种造林时携带方便、操作简单的保水剂使用方法。做法是将塑料纱网缝制成直径8厘米、长50厘米的棒状网袋,承装前述已吸足水分的凝胶状大颗粒保水剂1.3-1.4千克(相当于干保水剂10.7-10.8克),造林时,针叶树苗木根系旁只需垂直放置1个,阔叶树和果树苗木根系两侧各垂直放置1个;其网袋中保水剂贮存的水分可缓慢向土壤释放,涉及直径范围约25-30厘米,其周边的土壤含水量在20-30天内可维持在12%-13%左右。如若该期间无降水过程,可在造林后的第25天左右,将该网袋抽出,放入水桶中重新吸水,然后再放回原处。采用这种方法,造林成活率仍可保持在90%左右。

核心提示:一、合理用量幼树定植时,每穴施20克-30克,成龄树视树体大小每穴施50克-100克。土层深厚、保水保肥能力强的壤土和粘土地,适

中国是世界上水土流失最严重的国家之一,水土流失面积达356万km2,占国土面积的37%。目前,全国宜治理的水土流失面积仍有200万平方公里,按现在的治理速度,需要半个世纪的时间才能得到初步治理。并且,公路、铁路、矿山、水利等工程建设及人类其他活动不断造成大量裸露的岩土边坡,导致新的水土流失,植被难以生长。迫切需要用新的生态恢复方法对这些边坡进行有效的治理。上世纪九十年代开始,相继从国外引进的客土喷播、厚层基材、喷混植生等现代边坡复绿技术为治理这些岩石边坡提供了可能,并且在工程实践中取得了较大的成功。这些边坡复绿技术与传统生态恢复方法相比,大大提高了边坡基质的附着、保水和吸水能力,使植物在严酷的边坡上得以生长。而在边坡基质中提高保水、吸水能力的主要靠的是保水剂。然而,当前许多技术人员与施工人员对保水剂在认识上还存有模糊和偏见:有将保水剂当“万金油”的,也有认为“保水剂根本没有用”的。为了给有关人员提供参考,本文就对保水剂的定义、分类、特点和使用方法,特别是在岩石边坡生态恢复上的应用进行了综述。1、保水剂的定义保水剂由日文变换而来,英文名称为Water-retentionagent。首先由美国农业部北方研究所于1974年7月制取淀粉-丙烯腈接枝聚合得到吸自重约1000倍水的聚合物而令世人注目。实际上,在这之前为抗旱的需要,美国科学家已相继开发了聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸羟乙酯等土壤保水剂。由于只能吸自重的20-30倍水,售价又高,只是在园林方面有少量应用。此后以日本为舞台的吸水聚合物研发突飞猛进,很快大量应用于生理卫生用品等行业。由淀粉接枝转为以交联聚丙烯酸钠为主的高吸水性树脂(英文为SuperabsorbentPolymers,简写为SAPs)产业壮大起来。高吸水性树脂是一个大概念,保水剂是其一份子。从土壤学的角度看,交联聚丙烯酸钠显然不能拌土而大量用于农林业。故而保水剂的定义是能大量应用于农林业对土壤乃至生态无害,反而能改良土壤的一类高吸水性树脂。由于现实生活中从事化工业的人员好多并不大懂农林业,特别是土壤学方面的专业知识,而农林专家大多又不深懂化工,造成特别是象中国这样一个对产品成分神秘化的国家对保水剂的认识有许多误解。2、保水剂的分类如上所述,保水剂是高吸水性树脂SAPs中的一类,并非所有吸水剂都可作为保水剂。SAPs分类一般由其组成及合成方法来分,也有从其不溶性方法或亲水性方法、产品形态来区分。根据其组成成分为:纤维素系、淀粉系、合成树脂系,进而按淀粉系和纤维素系分为接枝聚合和羧甲基化,见表1。

一、合理用量幼树定植时,每穴施20克-30克,成龄树视树体大小每穴施50克-100克。土层深厚、保水保肥能力强的壤土和粘土地,适当少施,土层浅,保水保肥能力差的沙土地和瘠薄地,适当多施,一般增减幅度可在20%左右。保水剂一般分为两大类:一类是丙烯酰胺,一类是淀粉丙烯酸盐共聚交联物。前者使用寿命长,在土壤中蓄水保墒能力可达4年左右,但吸水倍率低。因而,前者第一年可适当多施,连年施用时应减少用量。而后者吸水倍率高,但在土壤中蓄水保墒能力只有两年左右,可不考虑以往是否用过。二、合理深度保水剂中的水不会自动外溢渗透到土壤中,只能靠根系的吸收。要把保水剂施在根系分布层,才能被根系吸收,充分利用。三、配制混合土保水剂必须与一定量的土充分混合均匀后才能施用,保水剂与土壤混合的比例为1:1000-2000。如混合不均,过少的地方起不到作用,过多的地方会造成局部吸水过多。四、配合保水节水措施在生产上,保水节水措施很多,如地膜覆盖、穴贮肥水、果园覆草等。所以施用保水剂必须与其它节水措施配合应用效果才能更加明显。五、与果园施肥相结合保水剂只能施在地下,最好在果园施基肥时一并施入。六、适时补水保水剂不是造水剂,所以施后时间过长,同样满足不了果树生长发育所需水分,因此,施后应及时检查墒情,适时补水。但雨季要注意排水。

表1.高吸水聚合物的分类Table1classficationofhighwater-retentionagent上述三个系列都可作为保水剂,日本三洋公司淀粉接枝系保水剂仍在用于水稻旱育秧,但由于它和纤维素系产品都有诸如易发酶和易分解等局限性,用量不大。合成系中,除聚丙烯酸钠(此类产品已占SAPs世界销量的95%以上)不能用作保水剂外,包括聚丙烯酸钾在内的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧化乙烯均可作为保水剂,但真正有规模用量的只有聚丙烯酰胺。

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