保水剂及其在岩石边坡生态恢复中的应用

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1、保水剂及其在岩石边坡生态恢复中的应用*李阿根（1978—），男，硕士，从事生态恢复研究。李阿根1,2徐礼根2，3刘艳2廖乾旭3陈小红2（1浙江恢复生态技术研究中心，杭州310014；2浙江大学生命科学学院草坪花卉研究所，杭州310012；3浙江省交通厅工程质量监督站,杭州310009）摘要：保水剂是一种人工合成的具有超强吸水、保水能力的高分子聚合物，在岩石边坡生态恢复方面具有广阔的应用前景。本文对保水剂的类型、性质、作用、使用方法，及其在岩石边坡植被重建和生态防护中的应用进行了综述和讨论，供工程技术

2、人员参考。关键词：保水剂；边坡；绿化；植被重建；生态修复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[1]。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

3、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

4、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［2］。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，

5、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

6、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（CM）化，见表1。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

7、聚丙烯酰胺［3-4］。目前，产业化的保水剂基本是聚丙烯酰胺和淀粉接枝型，以前者使用最为广泛，由于寿命长，更多用于园林绿化和生态恢复。表1.高吸水聚合物的分类按原料淀粉类：接枝聚合CM化纤维素类：接枝聚合CM化合成树脂类：聚丙烯酸盐类、聚丙烯酰胺类聚乙烯醇类、聚氧化乙烯类按不溶化方法a)接枝聚合b)与交联剂的共聚c)水溶性聚合物三维结构化d)自身交联聚合e)放射线辐射f)结晶构造的引入接亲水性方法a)亲水性单体的聚合b)疏水性单体的CM化反应c)在疏水性聚合物中进行亲水性单体的接枝反应d)腈基、酯基的

8、加水分解反应按产品形态a)球形（椭球形）/颗粒/粉末/细末b)片　状c)纤维状　　3保水剂与一般SAPs的差别保水剂在合成原料、性能及形态上与生理卫生用的聚丙烯酸钠SAPs有明显区别。在合成原料方面，丙烯酸盐是极为活泼的聚合单体，为羧基团，呈离子性，其聚合交联物吸水能力和速率最强，耐盐和稳定性较差，寿命短。如果其盐完全是钠型的，对植物和土壤带来不利。淀粉是天然高分子，便宜但易于降解，其吸水能力较丙烯酸盐差。丙烯酰胺是具极性而相对惰性的单体，其聚合物吸水倍率较聚丙烯酸盐