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干旱是全世界關(guān)注的大事。本世紀(jì)50年代以來(lái),隨著工業(yè)的快速發(fā)展和人口的急劇膨脹,氣候變暖干旱問(wèn)題變的日益突出。這些問(wèn)題促使各國(guó)科學(xué)家開始研究解決干旱問(wèn)題的有效方法。

20世紀(jì)50年代以前人類使用的吸水性材料主要為天然物質(zhì)和無(wú)機(jī)物。例如天然纖維、天然蛋白質(zhì)。50年代,Goodrich公司開發(fā)了交聯(lián)聚丙烯酸的生產(chǎn)技術(shù),使得吸水性高分子物質(zhì)應(yīng)用于增黏劑。

超強(qiáng)吸水性樹脂的出現(xiàn)是1961年美國(guó)農(nóng)業(yè)部北方研究所C.R.Russell等從淀粉接枝丙烯腈開始研究,該吸水性樹脂最初在亨克爾股份公司(Henkelcorporation)工業(yè)化成功,其商品名為SGP(Starch Graft polymer),當(dāng)時(shí)美國(guó)主要以農(nóng)業(yè)為中心積極推廣應(yīng)用,首先應(yīng)用在土壤改良、保水抗旱、育種保苗等方面。

60年代末至70年代,美國(guó)Starch、General Mills Chemical,日本住友化學(xué)、三洋化成工業(yè)等公司相繼成功地開發(fā)了高吸水性樹脂。其中成效最大的是美國(guó)、日本、法國(guó)和德國(guó)等。

80年代開始出現(xiàn)用其他天然化合物衍生物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)制取吸水性物質(zhì),合成超強(qiáng)吸水性樹脂的發(fā)展,促進(jìn)應(yīng)用研究的開展。

吸水性復(fù)合材料在20世紀(jì)80年代產(chǎn)生。由于它能改善超強(qiáng)吸水性樹脂的耐鹽性、吸水速度、吸水后水凝膠的強(qiáng)度等許多性能,所以發(fā)展迅速。近年已開始研究吸水性高分子物的共混技術(shù)。這些為發(fā)展高吸水性材料提供了更加廣闊的前景。

中國(guó)高吸水性樹脂的研究工作起步較晚,80年代開始起步,近20年來(lái)全國(guó)已有近20個(gè)單位先后進(jìn)行了研究,有的已轉(zhuǎn)入中試階段,并有小批量的生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)已有批量生產(chǎn)能力的廠家,這些生產(chǎn)廠的產(chǎn)品都是聚丙烯酸鈉或淀粉接枝聚丙烯酸鈉,該類產(chǎn)品質(zhì)量,除了化合物組成本身外,主要還和設(shè)備、技術(shù)、工藝有關(guān)。國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品主要有比利時(shí)TC(Terra Cottem 土壤植被與科特姆簡(jiǎn)稱),法國(guó)SNF的AQUASORB保水劑,德國(guó)Stockhau Sen生產(chǎn)的Stocksorb保水劑,隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)投資加大和重視,國(guó)內(nèi)保水劑類產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)呈現(xiàn)一輪高潮。

保水劑的吸水原理相同于一般SAPS,是高分子電解質(zhì)分子鏈在水中酰胺基和/或羧基團(tuán)同性相斥使分子鏈擴(kuò)張力和由于交聯(lián)點(diǎn)的限制分子鏈的擴(kuò)張力而相互作用而成的。以聚丙烯酰胺為例,保水劑會(huì)有大量酰胺和羧基親水基團(tuán),利用樹脂內(nèi)部離子和基團(tuán)與水溶液相關(guān)成分的濃度之差產(chǎn)生的滲透壓及高分子電解質(zhì)與水的親和力而可大量吸水直至濃度差消失為止。而控制保水劑達(dá)到令人滿意吸水程度的是橡膠彈力。分子結(jié)構(gòu)交聯(lián)度越高,橡膠彈力越強(qiáng),而橡膠彈力和吸水力的平衡點(diǎn)即是其表觀吸水能力。

由于分子結(jié)構(gòu)交聯(lián),分子網(wǎng)絡(luò)所吸水分不能用一般物理方法擠出而起到保水作用。

由此,同樣組成的聚合物交聯(lián)度越低,吸水倍率相對(duì)越高,其保水性、穩(wěn)定性和凝強(qiáng)度就越低,反之亦然。所以,國(guó)際上對(duì)于使用周期較長(zhǎng)的保水劑自然需要較高的交聯(lián)度,并不追求高吸水倍率和速率。以聚丙烯酰胺為例,其表觀倍率并不高,吸水速率也依粒徑不同差別很大,凝強(qiáng)度高的保水劑吸水后有一定形狀,不易解體,利于土壤透氣,吸放水可逆性好。因?yàn)楸Ｋ畡┮话銚饺氲叵?至15厘米,故國(guó)際上現(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)加壓下的吸水倍率。依粒徑不同,聚丙烯酰胺型吸純水倍率150-300。

目前國(guó)內(nèi)外的保水劑共分為兩大類,一類是丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸銨等);另一類是淀粉接枝丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物(淀粉接枝丙烯酸鹽)。

聚丙烯酰胺——聚丙烯酰胺呈白色顆粒晶體狀,主要成分為:丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸鉀23%-24%+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。在國(guó)際上,法國(guó)、德國(guó)、日本、美國(guó)和比利時(shí)等國(guó)所生產(chǎn)的保水劑大多屬于這類成分的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是:使用周期和壽命較長(zhǎng),在土壤中的蓄水保墑能力可維持4年左右,但其吸水能力會(huì)逐年降低。據(jù)黃土區(qū)造林試驗(yàn)觀察,使用該類保水劑造林后的當(dāng)年,其吸水倍率維持在100-120倍,第二年吸水倍率降低20%-30%,第三年降低約40%-50%,第四年降低更多。

聚丙烯酸鈉——聚丙烯酸鈉為白色或淺灰色顆粒狀晶體,主要成分有:聚丙烯酸鈉88%(其中含鈉24.5%)+水8%-10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的保水劑大多是這種成分的產(chǎn)品。其主要特點(diǎn)是:吸水倍率高,吸水速度快,但保水性能只能保持2年有效。據(jù)造林試驗(yàn)觀測(cè),這類產(chǎn)品的吸水能力和吸水速率明顯高于聚丙烯酰胺產(chǎn)品,在土壤中如遇充分給水,0.5-1.0小時(shí)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約60%左右。由于聚丙烯酸鈉會(huì)造成土壤中鈉離子含量的遞增,林業(yè)和農(nóng)業(yè)用保水劑的生產(chǎn)廠家大多改為生產(chǎn)聚丙烯酸鉀或聚丙烯酸銨。

淀粉接枝丙烯酸鹽——淀粉接枝丙烯酸鹽為白色或淡黃色顆粒狀晶體,主要成分為:淀粉18%-27%+丙烯酸鹽62%-71%+水10%+交聯(lián)劑0.5%-1.0%。這種產(chǎn)品在用于造林地蓄水保墑時(shí),使用壽命一般只能維持1年多的時(shí)間,但吸水倍率和吸水速度等性狀極佳。據(jù)實(shí)驗(yàn)室對(duì)黃土浸提液的吸水對(duì)比試驗(yàn),該類保水劑在遇水后的15-20分鐘內(nèi)即可吸收自重150-160倍的水分。

1、無(wú)毒.安全環(huán)保,無(wú)毒無(wú)味,不污染植物,土壤和地下水,果樹花卉,植樹造林,無(wú)土栽培,植物保鮮運(yùn)輸,大田作物等。

土壤保水劑和防水土流失劑到最終分解物為二氧化碳,水,氨態(tài)氮和鈉或鉀離子,無(wú)任何殘留。

2、保墑省水.可有效抑制水分蒸發(fā),防止水土流失,即使在有灌溉的條件下,仍然可省水50%以上。

3、改善土壤結(jié)構(gòu).使粘重土壤,漏水肥的沙土和次生鹽堿土壤得以改良.同時(shí)促進(jìn)土壤微生物發(fā)育,提高土壤有機(jī)物的周轉(zhuǎn)利用效率。

4、使用壽命長(zhǎng).集多種聚合物之特性,可反復(fù)吸水膨脹和釋放收縮,在生產(chǎn)中使用壽命可達(dá)6年以上,是目前市場(chǎng)上使用壽命最長(zhǎng)的土壤保濕產(chǎn)品。

5、吸水速度快.一般自然水吸至飽和最長(zhǎng)時(shí)間約為15-40分鐘,最快0.4分鐘。

6、水肥利用率高.土地保水劑在土壤中形成的"小水庫(kù)"接受施肥,灌溉(或降雨)造成淋溶流失的微量元素減少1/3,保護(hù)環(huán)境;當(dāng)再次干旱時(shí),吸足水的保水劑使周圍的土壤保持潮濕,以供給植物根系水分.即使在沙漠地區(qū)和極端的干旱氣候,在年降雨量達(dá)200mm時(shí),也可種草植樹。

7、蓄水不爛根吸足似水的保水劑分子膨脹成為水凝膠晶體,即使緊靠植物根系也不會(huì)爛根。

8、性能穩(wěn)定即使是極端的干旱,也不會(huì)倒吸植物水分。

1、保水.保水劑不溶于水,但能吸收相當(dāng)自身重量成百倍的水.保水劑可有效抑制水分蒸發(fā).土壤中滲入保水劑后,在很大程度上抑制了水分蒸發(fā),提高了土壤飽和含水量,降低了土壤的飽和導(dǎo)水率,從而減緩了土壤釋放水的速度,減少了土壤水分的滲透和流失,達(dá)到保水的目的.還可以刺激作物根系生長(zhǎng)和發(fā)育,使根的長(zhǎng)度增加、條數(shù)增多,在干旱條件下保持較好長(zhǎng)勢(shì)。

2、保肥.因?yàn)楸Ｋ畡┚哂形�收和保蓄水分的作�?因此可將溶于水中的化肥,農(nóng)藥等農(nóng)作物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)固定其中,在一定程度上減少了可溶性養(yǎng)分的淋溶損失,達(dá)到了節(jié)水節(jié)肥,提高水肥利用率的效果.

3、保溫.保水劑具有良好的保溫性能.施用保水劑之后,可利用吸收的水分保持部分白天光照產(chǎn)生的熱能調(diào)節(jié)夜間溫度,使得土壤晝夜溫差減小.在砂壤土中混有0.1%~0.2%的保水劑,對(duì)10厘米土層的溫度監(jiān)測(cè)表明,對(duì)土溫升降有緩沖作用,使晝夜溫差減少為11~13.5℃,而沒有保水劑的土壤為11~19.5℃.

4、改善土壤結(jié)構(gòu).保水劑施入土壤中,隨著吸水膨脹和失水收縮的規(guī)律性變化,可使周圍土壤由緊實(shí)變?yōu)槭杷?孔隙增大,從而在一定程度上改善土壤的通透狀況.

草業(yè)

1、草坪:在新建草坪上的應(yīng)用極為廣泛:出苗率高,成坪快,保濕時(shí)間長(zhǎng),施工簡(jiǎn)便.多用于高爾夫球場(chǎng),足球場(chǎng)。

方法A在整地時(shí)將保水劑按比例(根據(jù)土壤類型和保墑情況每平方米播撒20-50g)撒在碎土地表,用鐵齒耙梳理拌勻整平,灌足水即可等待播種;

方法B將保水劑與草種按上述比例混播,但播后需覆上表土,方能撒水澆透.如灌溉不便的干旱地段,在澆水時(shí)干撒或噴灑(用量:乳狀0.2-0.4kg/畝,干粉0.08-0.15kg),以減少水分蒸發(fā).

方法C在已成坪的草坪上施用保水劑,將草修剪至5cm以下并清理干凈后,按比例每平米不超過(guò)40g(可與草坪肥混播),之后用鐵齒耙松土,使其能與土壤充分結(jié)合均勻,灌水即可。

方法D公路護(hù)坡,巖石綠化通常采用高壓罐車噴播(該方法僅限于使用),根據(jù)噴播載體性質(zhì)增減用量或搭配比例.混合噴播用量少,成本低. 護(hù)坡(中性沙壤土為例)每平方米使用干粉6-10g;

巖石綠化(又稱植被混凝土)的載體多為人工混凝土骨架,受養(yǎng)分和水資源的約束,混合比例略有提高每平方米使用干粉9-15g.

2、牧草:在年降雨量不足200mm的荒漠或純沙地惡劣地帶,一般選種較為抗旱的豆料,菊科牧草品種居多,可以用MP3005S進(jìn)行種子"保濕包衣",簡(jiǎn)便節(jié)省,能有效促進(jìn)種子發(fā)芽,提高發(fā)芽率;山地,平原種植牧草,將保水劑與種子混合播種,在年降雨量200mm以上可不用灌溉.

植樹

1、蘸根——根據(jù)需要蘸根的苗木數(shù)量,將保水劑攪入30升水中(視水的硬度適量增減),充分?jǐn)嚢枞芙夂蠹纯山�根移�?可根據(jù)苗木根系情況,按比例加入已經(jīng)稀釋的生根劑,以促進(jìn)根系生長(zhǎng)).如需長(zhǎng)途運(yùn)輸,用塑料薄膜包扎根部或密封保鮮運(yùn)輸,以防止干枯,提高成活率.

2、灑根——在移栽幼苗時(shí)(在沙地,沙壤土的情況下),在回填熟土至苗根處,按15-25g/株撒入保水劑,充分與碎土拌勻,填土灌足水即可;如是土壤粘性較強(qiáng),需要成比例挖大坑穴,沙拌土回填至苗根下10cm處,將事先吸足水的保水劑與土壤(最好再加少量沙)充分混合回填壓實(shí),地表覆土.

3、挖溝拌土——三年以上的大樹,在其樹冠投影垂直約2/3處環(huán)繞挖溝(寬25cm,深不超過(guò)40cm,但要防止傷根),將保水劑與碎土混合(按0.3‰加保水劑)回填,覆土后留出凹槽,灌水再覆土(若是山地或其它無(wú)法灌溉的地區(qū)可吸足水后使用).

4、沙漠植樹時(shí)直接用保水劑襁褓.大樹移栽方法同"2",數(shù)量按比例增加.

由于高吸水性樹脂無(wú)毒無(wú)害,反復(fù)釋水、吸水,因此農(nóng)業(yè)上人們把它比喻為"微型水庫(kù)"。同時(shí),它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放,增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑材料;在工業(yè)方面可廣泛應(yīng)用于石油化工、電纜、造紙、傳感器、滅火器具、纖維制品、化妝品、食品保鮮、膨脹玩具等。在醫(yī)療衛(wèi)生方面也可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生巾、嬰兒紙尿布、成人失禁墊片、保健冰帽、冰墊、吸血藥布等領(lǐng)域。

常用保水劑有無(wú)定型顆粒、粉末、細(xì)末,片狀和纖維狀,在國(guó)內(nèi)使用的只有聚丙烯酰胺型的顆粒、粉末和細(xì)末。相對(duì)應(yīng)的方法有拌土、拌種或包衣和沾根。

拌土又可分為直接拌土和復(fù)配拌土,復(fù)配拌土又可引出噴播。直接拌土一般是種樹,采用原始粒徑在2-4mm,4-6mm的顆粒,以0.1%干重拌于有效根系周圍。復(fù)配拌土既可采用上述顆粒,也可采用0.85-2mm和粉末的0.3-0.85mm兩個(gè)粒徑。噴播表層時(shí)采用粉末保水劑,噴播內(nèi)層時(shí)最好采用0.85-2mm顆粒,此規(guī)格保水劑有更好的保水性,更長(zhǎng)壽命,更好的透氣性。一旦遇高溫干旱,土壤不易板結(jié)。0.1%拌土可節(jié)水50%-70%,節(jié)肥30%以上。

拌種和包衣在環(huán)境治理中可隨草種、灌木種撒播、飛播,可為種子提供一個(gè)小水庫(kù),使種子早發(fā)芽,有利于出苗和壯苗。

沾根是簡(jiǎn)單的方法,把超過(guò)50目細(xì)末放于溶有生根粉的水中攪拌20分鐘,裸根苗浸上30秒可使裸根苗長(zhǎng)途運(yùn)輸,減少脫水而縮短緩苗期,提高成活率15%-20%。

當(dāng)前,市場(chǎng)上的保水劑,無(wú)論從產(chǎn)地,品名,型號(hào)等方面都各不相同,在眾多的保水劑中,如何選擇一種成本低,效果好的產(chǎn)品,使每個(gè)用戶都很關(guān)心的問(wèn)題.近來(lái),從用戶的反饋信息來(lái)看,在選用保水劑時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):

1、保水劑的使用壽命在2年左右。

2、保水劑的吸水倍率通常在300以上,但是隨著使用時(shí)間的增加,吸水倍率會(huì)減小。

3、以淀粉為主要原料的保水劑會(huì)自動(dòng)降解,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害,如果化學(xué)原料的就沒有保障了。

廣州安信保水農(nóng)業(yè)有限公司成立于2009年, 是一家集"水肥與植物平衡關(guān)系"和"有機(jī)生態(tài)生物工程"技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用、銷售為一體的新型高科技企業(yè)。公司與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等數(shù)家從事農(nóng)業(yè)技術(shù)研究的企業(yè)、事業(yè)單位建立了產(chǎn)、學(xué)、研的合作關(guān)系。具備強(qiáng)大的技術(shù)依托和新產(chǎn)品開發(fā)實(shí)力。公司主要從事"農(nóng)林保水劑"系列產(chǎn)品銷售和保水技術(shù)在種植防旱抗旱、園林綠化、造林治荒、以及防汛抗洪中的推廣應(yīng)用。公司創(chuàng)立的"大地保水"牌保水劑以其增強(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、提高水分利用率的效用,為缺水地區(qū)及山坡種植的農(nóng)民帶去了希望,得到了國(guó)家有關(guān)部門的認(rèn)可。2010年公司自主研發(fā)生產(chǎn)"水肥一體化營(yíng)養(yǎng)育苗塊"和"水肥一體化育苗基質(zhì)",產(chǎn)品多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)具有同行業(yè)的先進(jìn)水平。以年產(chǎn)10000噸"水肥一體化育苗基質(zhì)"和"水肥一體化營(yíng)養(yǎng)育苗塊"的生產(chǎn)能力,成為中國(guó)南方第一家專業(yè)廠家。產(chǎn)品在無(wú)土栽培、設(shè)施農(nóng)業(yè)、和家庭種植方面得到廣泛應(yīng)用。