高吸水性树脂在农业中的应用

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1、第2卷第1期过程工程学报Vol.2No.12002年2月TheChineseJournalofProcessEngineeringFeb.2002高吸水性树脂在农业中的应用李开扬，任天瑞(中国科学院过程工程研究所，北京100080)摘要：介绍了高吸水性树脂的吸水机理及农用高吸水性树脂的性能、种类和使用方法，分析了高吸水性树脂抗旱节水、改良土壤和促进作物生长的作用机理和影响因素，指出了当前研究中所存在的问题及改进的方向.关键词：高吸水性树脂；改良土壤；农业；节水中图分类号：S157.9文献标识码：A文章编号：1009−606X(2002)01−0091−061前言高吸水性树脂是

2、近年来开发的一种新型功能高分子材料，它可以吸收其自重几百倍甚至上千倍的水，由于优越的吸水保水性能，在个人卫生用品、土木建筑、工农业生产、医用材料中得到广泛的应用.作为一种化学调控节水材料，高吸水性树脂一经问世就受到了广泛的关注.自美国60年代首先研制成功，70年代进行玉米、大豆种子涂层试验取得成功并在农业中应用推广后，世界各国竞相研制出多种高吸水性树脂，已在沙漠绿化、水土保持、土壤改良等方面取得明显效果.我国高吸水性树脂的研制始于80年代，至今全国已有20多个单位研制出了数十种类型的产品，并应用在粮食作物、经济作物、花卉蔬菜、果树林木、草坪培植等方面，取得了较好效果，逐渐成为

3、节[1,2]水农业技术体系的一个重要组成部分.2农用高吸水性树脂的特性2.1吸水机理传统的吸水材料，如纸、脱脂棉、海绵、蛭石等主要靠物理吸附吸水，只能吸收其自身质量几倍到几十倍的水，并且稍加压吸附水就被挤出.而高吸水性树脂由于分子链上有大量的亲水基团(羧基、羧基离子或酰胺基等)，可与水发生水合作用，导致网链内外较大的渗透压，同时同性基团间相互排斥作用更使网链扩张，都促使水分子向树脂内部扩散，使吸水率达到上千倍；树脂的交联结构又保证了树脂只能溶胀不能溶解，保证了吸水凝胶的稳定性(保水性).这种结构也赋予高[3−5]吸水性树脂吸水、释水的可逆性.[6−8]2.2性能要求(1)耐盐

4、性好：根据渗透压原理，水中的离子对高吸水性树脂的吸水率有显著的影响(尤其是离子型高吸水性树脂)，同种高吸水性树脂吸收0.9%盐水的能力一般只有吸收纯水能力的1/10，在土壤中的吸水能力也有显著降低.当前，高吸水性树脂吸0.9%盐水的能力在几十到100g/g(盐水/树脂)左右，为了达到吸水、保水效果，树脂通常在土壤中的比例要达到0.2%以上，因此目前在农业上常用于经济作物，只有显著提高耐盐性，才能得到更广泛的应用.(2)使用安全：土壤添加剂直接或间接与作物根系或种子接触，不能含有对作物有害的化学收稿日期：2001−04−28，修回日期：2001−08−10作者简介：李开扬(19

5、71−),男,河南西平县人,硕士研究生,化学工艺专业.92过程工程学报2卷成份(如毒性有机物质)，pH值应呈中性，无毒无臭无害，对人畜无不良影响.高吸水性树脂在大田应用中，通常以小颗粒或微粉状存在于土壤中，在保水和改善土壤物理状况的同时，不存在传统地膜使用后在土壤中影响植物吸收水份和养份的副作用(主要是难降解地膜残片的形态污染)，其本身又无毒性(制备时控制了单体残余量)，使用期过后可被微生物降解，因此不会污染环境.(3)稳定性好：高吸水性树脂在土壤中稳定性越好，有效期越长，使用效益越高.树脂原料中合成聚合物类的稳定性好，不易被细菌和自然条件所分解，使用期可达3∼5年，甚至十几

6、年；而淀粉接枝类在田间温热潮湿的环境下，很容易发霉变质，分解失效.农用高吸水树脂宜采用聚合物类，以保持长效和降低成本.(4)水凝胶要有一定强度：高吸水性树脂的水凝胶具备一定的强度，才能在土壤中维持一定形状，改善土壤的通透性，从而实现良好的吸水释水可逆性，延长在土壤中的使用寿命.水凝胶的强度随交联度上升而提高，但交联度太高又会降低吸水率，影响吸水保水性能.农业实践证明，使用吸纯水能力为300∼600倍的高吸水性树脂较为合适.目前，国产农用高吸水性树脂的部分性能已经接近或达到国外同类产品性能，但由于在原材料质量和生产工艺方面的不足，在抗盐性、卫生性和质量稳定性方面还有待提高.3农

7、用高吸水性树脂的种类和使用方法[8,9,10]3.1种类高吸水性树脂按原料可分为：淀粉接枝类、纤维素类和合成聚合物类等；根据功能和使用方法可分为：种衣剂、土壤改良剂、化肥缓释剂、果蔬保鲜剂、抗旱保水剂等；产品形态有颗粒状、粉末状、胶液状、膜状等.[7,8,10−17]3.2使用方法将高吸水性树脂应用于农业已经形成了很多实用技术，主要使用方法如下：(1)种子包衣：将高吸水性树脂按1%浓度兑水，搅拌使之形成凝胶状，然后将种子浸入，充分混合，静置一段时间后捞出种子，摊开晾干、搓散，使种子互不粘连后即可播种.此