周 晗 王小云

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)水土保持科學(xué)研究所，山西太原030013）

呂梁山區(qū)是典型的黃土丘陵溝壑區(qū)，存在著大量靠天吃飯的旱作緩坡地，加之嚴(yán)重的水土流失，使得該區(qū)的坡耕地面臨作物產(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)效益低等問題。保水劑作為一種高效保水、保肥的高分子聚合物，在農(nóng)林方面的應(yīng)用越來越廣泛。但不同保水劑在不同氣候、土壤條件下應(yīng)用效果差異較大[1]。為了保障使用者在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中正確使用保水劑，以及進(jìn)一步提升保水劑在呂梁山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的使用效果。本文對(duì)主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體的保水劑的吸水性、保水性進(jìn)行了研究，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用保水劑提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試材

保水劑為鄭州凱迪化工產(chǎn)品有限公司生產(chǎn)的農(nóng)林抗旱保水劑，主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體。試驗(yàn)用土取自離石王家溝流域官道梁坡地，土壤理化性質(zhì)詳見表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.2.1 保水劑吸水性能測(cè)定

保水劑吸水量、吸水速率采用蠕動(dòng)泵定量定時(shí)滴定法測(cè)定。分別在2 L 的亞克力土壤柱（內(nèi)徑10 cm，高30 cm）底部及保水劑上部各放置一張濾紙，并均勻放置3 g、5 g、10 g 保水劑到濾紙上，然后采用蠕動(dòng)泵（流速為1 mL/s）注入自來水，待土壤柱底部發(fā)生滲水時(shí)停止注水，記錄注水量。采取人工加水的方式測(cè)定最大吸水速率，即將特定容量的自來水，直接倒入放有保水劑的土壤柱中。加水速度控制在土壤柱中自來水平面略高于保水劑為準(zhǔn)。采用秒表記錄倒水時(shí)間。待土壤柱底部出現(xiàn)滴狀的滲透水時(shí)，停止傾倒自來水，并記錄加水時(shí)間和加水總量。

1.2.2 保水劑與土壤混合后的土壤吸水性測(cè)定

用蠕動(dòng)泵注水法測(cè)定保水劑和土壤混勻物的吸水特性。稱取4 份200 g 試驗(yàn)土樣，分別加入0 g、0.5 g、1 g 和2 g 保水劑，用藥匙將保水劑和土壤混勻，倒入底部鋪有一張濾紙的土壤柱中，通過輕輕搖晃使其表面平整。通過蠕動(dòng)泵（流速為1 mL/s）將自來水注入土壤柱中，直到土壤柱底部出現(xiàn)滲透水下滴，停止注水，計(jì)算其注水量。

1.2.3 保水劑與土壤混合后的土壤保水性測(cè)定

用模擬蒸發(fā)法測(cè)定保水劑與土壤混合后的土壤保水率。取200 g 試驗(yàn)土樣分別與0 g、0.5 g、1 g 和2 g 保水劑混合均勻后裝入已稱重的鋁盒中，每個(gè)梯度重復(fù)3 次，將水注入鋁盒內(nèi)，待保水劑完全吸收自來水后稱重，然后在35 ℃下恒溫蒸發(fā)，每隔2 h 取出稱重，直到達(dá)到恒重，計(jì)算土壤保水率。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel 2003 軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖，采用SPSS 12.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑吸水性能及參數(shù)研究

吸水速率是衡量保水劑吸水性能高低的重要指標(biāo)，對(duì)施用保水劑后的效果具有重要影響。

由表2 可知，3 g、5 g 和10 g 保水劑的吸水總量分別為464 mL、758 mL 和1 533 mL，單位吸水量分別為155 mL/g、152 mL/g 和153 mL/g。吸水總量隨著保水劑添加量的增加而增加，但保水劑的單位吸水量在152～155 mL/g 之間，基本相同。由此可知，該保水劑的單位平均吸水量在153.33 mL/g 左右，比較穩(wěn)定。

表2 不同重量保水劑吸水量

表3 是保水劑吸水速率試驗(yàn)結(jié)果。由表可知，3 g、5 g 和10 g 保水劑在10～16 s 之間就可以達(dá)到飽和吸水量，加水總量在219～314 mL 之間，保水劑吸水量為73 mL/g、62.8 mL/g 和30.2 mL/g，最大吸水率為在19.63～21.90 mL/s 之間。

表3 不同重量保水劑最大吸水速率

由表2 和表3 的計(jì)算結(jié)果可知，單位質(zhì)量保水劑的吸水量受注水速率的影響較大，當(dāng)注水速率很慢時(shí)保水劑有較大的吸水量，即保水劑對(duì)水分的吸持力較大。相反，當(dāng)水量非常充足時(shí)，保水劑的吸水量降低，對(duì)水分的吸持力降低。

2.2 保水劑與土壤混合后吸水性及土壤保水性研究

2.2.1 保水劑與土壤混合后吸水性研究

土壤中加入保水劑后吸水性能結(jié)果見表4。由表可知，土壤中加入不同量的保水劑，其吸水量均有顯著增加。與對(duì)照相比，土壤中加入0.5 g、1 g 和2 g保水劑后，增加的吸水量分別為35 mL、125 mL 和165 mL。與對(duì)照相比，土壤中加入0.5 g、1 g 和2 g 保水劑后，土壤柱高度分別增加了0.3 cm、1.0 cm、2.7 cm。

表4 保水劑與土壤混合后吸水性能

通過表4 中保水劑和吸水量的關(guān)系可知，土壤中加入保水劑后，保水劑的吸水能力不穩(wěn)定。其中1 號(hào)實(shí)驗(yàn)中保水劑吸水量為70 mL/g、2 號(hào)實(shí)驗(yàn)中吸水量為125 mL/g、3 號(hào)實(shí)驗(yàn)中吸水量為82.5 mL/g。這與本文中2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果中保水劑單位平均吸水量在153.33 mL/g 的結(jié)果不一致。分析原因，可能是土壤量和保水劑量間差異較大，混勻后保水劑所占空間較小，注水后土壤和保水劑同時(shí)吸水，土壤中水分含量達(dá)到最大持水量后將開始下滲。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，當(dāng)土壤柱底部出現(xiàn)滲水時(shí)即停止注水，認(rèn)為保水劑達(dá)到了最大吸水量，這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大影響。

2.2.2 保水劑與土壤混合后土壤保水性研究

從圖1 可以看出，在模擬蒸發(fā)在35 ℃恒溫蒸發(fā)條件下，對(duì)照組土壤在10 h、12 h、14 h 后土壤保水率分別為1.59%、0.31%、0.22%，16 h 后其土壤的保水率曲線斜率趨近于零，由此可知對(duì)照組土壤的保水率在模擬蒸發(fā)10 h 后變化較小，土壤含水量趨近于穩(wěn)定。眾多學(xué)者[2-3]研究同樣發(fā)現(xiàn)，施加保水劑后土壤保水率隨時(shí)間變化趨勢(shì)為先降低后趨于平穩(wěn)。施加0.5 g、1 g、2g 保水劑后土壤保水率完全失水時(shí)間分別為17 h、18 h、20 h。這與保水劑吸水性能以及先吸水、保水，后緩慢釋水的特性有關(guān)，在充分吸水條件下，保水劑含量越高，土壤完全失水時(shí)間越長(zhǎng)這一研究結(jié)果與張朝巍[4]等研究結(jié)果一致。

圖1 不同處理下的土壤保水率

3 結(jié)論

（1）保水劑吸水性能比較穩(wěn)定，單位重量保水劑的吸水量在152～155 mL/g 之間，最大吸水速率在19.63～21.90 mL/s 之間。保水劑的吸水能力受來水速率的影響較大，當(dāng)來水速率較緩慢時(shí)，保水劑的吸水量較大，當(dāng)來水速率較大時(shí)，保水劑的吸水量會(huì)降低。

（2）土壤中施加保水劑后，能有效增加土壤的吸水能力，同時(shí)可以有效抑制土壤水分的蒸發(fā)，提高土壤保水率。