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第一章 保水剂农业应用及其效应研究进展（第3页）

网络上的离子遇水电解，正离子呈游离状态，而负离子基团仍固定在网链上，相邻负离子产生斥力，引起高分子网络结构的膨胀，在分子网状结构的网眼内进入大量的水分。

高分子的聚集态同时具有线性和体型两种结构，由于链与链之间的轻度交联，线性部分可自由伸缩，而体型结构却使之保持一定的强度，不能无限制地伸缩。

因此，保水剂在水中只膨胀形成凝胶而不溶解。

当凝胶中的水分释放殆尽后，只要分子链未被破坏，其吸水能力仍可恢复（李景生等，1996；介晓磊等，2000；尤晶等，2012）。

高分子保水剂具有吸水速度快、吸水倍数大的特点，主要是其含有大量羧基、羟基及酰胺基、磺酸基等亲水性基团，对水分有较强的吸附能力，对纯水的吸水倍数可达400~600倍；其次，保水剂的保水能力也很强，其保水方式有吸水和溶胀两种方式，以后者为主；此外，保水剂的释水性能也很好，可直接为作物提供较长时间供水。

研究发现（王砚田等，1990），保水剂吸水力13~14kgm2，植物根系对水的吸力达17~18kgm2。

因此，保水剂所吸持水分的85%以上可为植物可利用水。

试验证明（黄占斌等，2002），保水剂具有吸水和释水，在干燥和再吸水的反复吸水能力，保水剂的每次反复吸水，其吸水倍率可下降10%~70%，最终失去吸水功能。

不同类型保水剂在保水特性方面，特别是对去离子水、自来水（电导率0。

8~1。

0scm）和不同离子溶液中的吸水倍数降低率、反复吸水性等方面有较大差异（黄震等，2010）。

不同高分子材料的吸水原理基本相同，衡量保水剂性能的主要参数包括吸水倍数、吸水速率和保水能力（庄文化等，2007）。

不同材料的保水剂在吸水倍数、吸水速率及耐盐性等方面都有差异，即便是同一种类的保水剂，性质也不尽相同。

目前，市场上销售的保水剂材料主要以丙烯酰胺-丙烯酸盐交联共聚物及聚丙烯酰胺为主（赵元霞等，2016）。

有机单体聚合保水剂（聚丙烯酸盐）在去离子水吸水倍数最高，在自然条件下10多天的保水性能；淀粉聚合类保水剂成本较低易分解，适宜作物成苗等短时期的土壤保水；有机无机复合保水剂（凹凸棒聚丙烯酸钠）、有机单体与功能性成分复合保水剂（腐殖酸型保水剂），反复吸水性和抗二价（Ca2＋）和三价（Fe3＋）离子特性明显，适合盐碱地和废弃地的土壤改良应用（黄占斌等，2016）。

第三节保水剂对土壤理化性质影响的研究进展

我国大部分地区处于干旱和半干旱地区，发展节水农业是我国农业发展的必然趋势。

高分子化合物作为一种新型保水抗旱材料在农业上得到了广泛的应用。

保水剂由于其高吸水性和良好的保水能力，增加土壤团粒结构，降低土壤容重，增加空隙度，抑制蒸发达到保水效果，有效的满足了我国发展节水农业的要求，在农业生产中受到了越来越多的重视，具有广阔的应用前景。

一、保水剂对土壤物理性质的影响

保水剂自身有多种官能团，能与周边土壤发生各种物理化学反应而促进土壤结构改变，增加土壤的团聚体数量。

保水剂直接作用土壤水分的效应为40%，其余效应为其提高土壤吸水能力，增加土壤含水量，保水剂改良土壤结构的效应则占其效应力的60%。

正是该效应使保水剂使土壤的容重下降、孔隙度增加，土壤的水、肥、气、热得到协调（黄占斌等，2016）。

（一）保水剂对土壤持水性状的影响

保水剂吸水性强，加入土壤后能提高土壤对灌水及降水的吸收能力。

受土壤溶液中各种盐基离子及土壤颗粒对水分吸持作用的影响，保水剂常常达不到其在纯水中的吸水倍率。

试验表明，在一定范围内土壤吸水能力随保水剂用量的增加而增加，但用量达到一定限度后，对土壤吸水能力的影响变得不明显。

保水剂不仅能增强土壤的吸水能力，提高土壤的吸水速度，而且能缓慢释放出大部分水量，成为作物吸收利用的有效水。

经测定，性能好的保水剂，90%以上的水能被作物吸收利用成为有效水，性能差的保水剂，有效水占吸持水分的比例为23左右，13左右的水分成为无效水（黄占斌等，1999）。

有研究表明，在一定范围内保水剂的保水能力与保水剂的浓度呈极显著正相关。

在土壤低吸力段（0~80kPa），随保水剂用量的增加，土壤持水容量增大，从而增加了作物可利用的有效水；在相同含水率时，土壤水能态随保水剂用量增大而降低；但在相同水分能态下，土壤含水率随保水剂的增加而明显增加（李云开等，2002）。

由于土壤性质不同，持水量的增加也有差别。

保水剂与土壤以1：50混合，细沙有效含水量比不加保水剂增加1倍以上，而壤土有效含水量增加50%（谢伯承等，2003）。

蔡典雄等（1999）研究也表明，施用保水剂可提高土壤持水量。

保水剂与土壤混合比例不同，持水量的增幅也不相同。

研究还发现，保水剂与壤土混合比例为1：50时，土壤有效含水量由不加保水剂时的15。

67%增加为23。

77%；比例为1：100时，土壤有效含水量增加到19。

63%，比例为1：500和1：1000时，土壤有效含水量基本没有变化。