國(guó)內(nèi)外抗旱保水劑發(fā)展及趨勢(shì)

保水劑，農(nóng)林用上又有稱謂吸水劑、保墑劑、農(nóng)林用凍膠、水合土、土壤調(diào)理劑、聚水膠等等，是吸水聚合物的統(tǒng)稱，主要有4種類型：一是以有機(jī)單體（丙烯酸、丙烯酰胺）為原料的全合成型；二是以纖維素為原料的纖維素接枝改性型；三是以淀粉為原料的淀粉接枝改性型；四是以天然礦物質(zhì)等（如蛭石、蒙脫石、海泡石等）為原料的天然型。各種類型在農(nóng)林上的應(yīng)用都有試驗(yàn)和報(bào)道，但以不同類型按不同比例組配的復(fù)合保水劑產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，代表著將來(lái)發(fā)展的方向。具有特殊抗旱、節(jié)水、保水和調(diào)理功效的保水劑、抗旱劑等化學(xué)、物理和生物技術(shù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，是近30年來(lái)國(guó)際上研究改善土壤水份狀況和提高植物用水效率的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

一、國(guó)際上農(nóng)林用保水劑開(kāi)發(fā)利用情況

1、保水劑。美國(guó)是比較早進(jìn)行保水劑研究開(kāi)發(fā)的國(guó)家，于六十年代開(kāi)始研究，研制成功一種新型高分子吸水材料，到七十年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。隨后日本、法國(guó)、英國(guó)、比利時(shí)等國(guó)家都先后開(kāi)發(fā)保水劑，形成不同規(guī)模的生產(chǎn)能力，也建立了不少專門從事保水劑研究的機(jī)構(gòu)。比較早的保水劑產(chǎn)品是高分子量聚丙稀酰胺。所謂保水劑就是一種高吸水性樹(shù)脂材料。這類物質(zhì)含有大量的強(qiáng)吸水基團(tuán)，結(jié)構(gòu)特異，在樹(shù)脂內(nèi)部可產(chǎn)生高滲透締合作用并通過(guò)其網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)吸水，可吸持自身重量的數(shù)百倍至上千倍的純水。并且這些被貯存在保水劑中的水分，可以為各種農(nóng)作物、果樹(shù)、蔬菜、花卉、林木等根系直接吸收分，這一特性決定了保水劑在農(nóng)林業(yè)抗旱節(jié)水中的廣泛應(yīng)用前景。由于聚丙稀酸是一種石油化工原料，價(jià)格昂貴，如果用于農(nóng)業(yè)，生產(chǎn)成本上升，因此，人們又不斷地探索新的生產(chǎn)原料替代品。

2、農(nóng)用保水劑開(kāi)發(fā)。七十年代以后，一些國(guó)家致力于農(nóng)用保水劑的開(kāi)發(fā)。農(nóng)用保水劑的特點(diǎn)與工業(yè)不同，農(nóng)用保水劑不追求高吸水倍率，而對(duì)反復(fù)吸水能力、凝膠強(qiáng)度和保水性等有特別的要求。同時(shí)必須保證使土壤不會(huì)板結(jié)、不受到污染，不影響種子發(fā)芽、出苗。要有適宜的pH值，要有很好的復(fù)配性能（與養(yǎng)分、農(nóng)藥等）等。

比利時(shí)的TC保水劑，是一種能增進(jìn)土壤保持水分和營(yíng)養(yǎng)的能力，還能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)和增加生物量的農(nóng)用保水劑。用TC處理過(guò)的草坪由于減少了灌溉頻率，比未用TC處理過(guò)的草坪少耗用50％以上的水。還可以把由于蒸發(fā)、滲漏和流失的水分吸收、保存，提高土壤的儲(chǔ)水能力。瑞士雀巢公司研究中心研制出一種能夠大大降低沙漠水分蒸發(fā)的新產(chǎn)品。這種產(chǎn)品可以使土壤水分蒸發(fā)量降低75%，使種植農(nóng)作物所需的用水總量減少一半。這種保水劑的有效成分是硅氧烷，一種能被沙土吸收的無(wú)毒生物降解化合物。墨西哥瓜達(dá)哈拉大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)成功一種晶體狀高分子聚合物顆粒粉劑，適合于干旱地和土壤板結(jié)地使用，能提高土壤儲(chǔ)水和保肥能力，使農(nóng)作物產(chǎn)量提高20%。前蘇聯(lián)自己合成出一種含金屬的聚丙烯酰胺在伏爾加格勒進(jìn)行了大面積試驗(yàn)，不但可以節(jié)水，還可以提高產(chǎn)量。法國(guó)一種保水劑應(yīng)用于灌溉地區(qū)，可以隨灌溉水使用，提高水的入滲率，同時(shí)，防止土壤水分蒸發(fā)損失。

3、國(guó)外保水劑在農(nóng)林方面的應(yīng)用情況

在國(guó)外近30個(gè)國(guó)家已經(jīng)在使用農(nóng)用保水劑。如美國(guó)、澳大利亞、法國(guó)等的應(yīng)用，但大多是用在草坪地、花卉及其它產(chǎn)值高的植物上。單純?cè)诖筇锷系膽?yīng)用很少，主要因?yàn)檗r(nóng)業(yè)比較效益低，產(chǎn)投效益不劃算。國(guó)外的用法多數(shù)是一次投資施入，多年（8-10年）見(jiàn)效。如按在美國(guó)的施用（普通情況）計(jì)算。1畝地一次投入量的價(jià)值是20美元，功效可持續(xù)10年。平均每畝每年為2美元。對(duì)中國(guó)農(nóng)民來(lái)講，這一單項(xiàng)次投資不算低。

4、國(guó)外保水劑產(chǎn)品在我國(guó)的應(yīng)用。從九十年代中期，國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如比利時(shí)、法國(guó)、日本、美國(guó)等的保水劑產(chǎn)品紛紛進(jìn)入中國(guó)開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，并且?guī)缀醵际侨轿豢紤]的，不僅考慮到在工業(yè)、食品衛(wèi)生等方面的應(yīng)用，而且考慮農(nóng)業(yè)領(lǐng)域市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。但到現(xiàn)在，在農(nóng)業(yè)上市場(chǎng)開(kāi)發(fā)站得住腳的國(guó)外產(chǎn)品，可以說(shuō)還沒(méi)有。主要原因是其高昂的價(jià)格。

二、我國(guó)的農(nóng)用保水劑開(kāi)發(fā)

1、我國(guó)第一階段農(nóng)用保水劑的研制開(kāi)發(fā)

我國(guó)從80年代初開(kāi)始引入保水劑，“七五”、“八五”期間曾列為國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目，80年代初至中期，一些廠家尋求技術(shù)、紛紛上馬，保水劑的開(kāi)發(fā)形成了第一個(gè)高潮。當(dāng)時(shí)，全國(guó)有據(jù)可查，新上的保水劑生產(chǎn)廠家，至少有40幾家。但都維持時(shí)間不長(zhǎng)，至80年代末、90年代初，這批廠家在經(jīng)歷了慘淡經(jīng)營(yíng)之后，都因市場(chǎng)沒(méi)有打開(kāi)，幾乎全部關(guān)閉。究其原因：一是因工藝技術(shù)問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)品觀感不好、質(zhì)量不穩(wěn)定；二是沒(méi)有考慮農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的特點(diǎn)，尤其是對(duì)土、肥、水、種知識(shí)缺乏基本的理解，保水劑直接應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上效果不穩(wěn)定；三是受原料和生產(chǎn)工藝效率影響，產(chǎn)品價(jià)格高，而且生產(chǎn)始終是在高成本投入狀態(tài)下運(yùn)行，廠家和產(chǎn)品使用者的回報(bào)都太少；四是生產(chǎn)應(yīng)用上的示范、指導(dǎo)、宣傳和推廣工作做得遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。當(dāng)時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)用農(nóng)用保水劑工作做得好的是中國(guó)農(nóng)科院作物所，在60多種作物上推廣用過(guò)。但就是這樣，迄今為止，農(nóng)用保水劑的應(yīng)用總面積，累計(jì)也就是100萬(wàn)畝左右。

2、我國(guó)第二階段的保水劑開(kāi)發(fā)。從94年開(kāi)始，保水劑的開(kāi)發(fā)又開(kāi)始了新一輪的高潮。一直到現(xiàn)在是處于第二個(gè)發(fā)展高潮的上升時(shí)期。但國(guó)內(nèi)新上的企業(yè)，其生產(chǎn)規(guī)模都不大，大多數(shù)的實(shí)際生產(chǎn)水平都在300—500噸，可以說(shuō)是處于中試階段。跟80年代的高潮時(shí)狀況比，這次國(guó)內(nèi)新上企業(yè)的聰明之處在于：注重市場(chǎng)的全方位調(diào)查；注重與科技實(shí)力強(qiáng)的科教單位聯(lián)合；注重中試試車結(jié)果；注重對(duì)國(guó)家有關(guān)政策取向的研究（如生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等）。但總起來(lái)看，農(nóng)用保水劑的產(chǎn)業(yè)化，眼下有相當(dāng)大的難度，涉及的因素很多，一是單純以有機(jī)單體（丙烯酸、丙烯酰胺）為原料的保水劑產(chǎn)品，生產(chǎn)成本高，農(nóng)林用產(chǎn)品價(jià)格較高，農(nóng)民難以接受；二是從化學(xué)、物理和生物學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，保水劑屬高新技術(shù)產(chǎn)品，但對(duì)復(fù)合型保水劑、新型抗旱劑的技術(shù)配方、生產(chǎn)工藝及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等方面缺乏必要的研究和開(kāi)發(fā)；三是現(xiàn)有的保水劑產(chǎn)品在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用時(shí)，技術(shù)性強(qiáng)，在使用方法的掌握上需要做一定的培訓(xùn)指導(dǎo)工作。因此，在技術(shù)和市場(chǎng)均沒(méi)有形成規(guī)模的情況下，各企業(yè)的開(kāi)發(fā)也受到限制。

3、國(guó)內(nèi)保水劑產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)前景

從以下幾個(gè)方面，可以看出保水劑產(chǎn)品的發(fā)展?jié)摿艽螅熬笆謴V闊。

從技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和體系優(yōu)勢(shì)來(lái)看，研究開(kāi)發(fā)多功能保水劑、新型抗旱調(diào)理劑是有前景而且可行的。一是國(guó)外已經(jīng)有了成功的商業(yè)產(chǎn)品，工業(yè)化技術(shù)已經(jīng)成熟；二是我國(guó)也已基本掌握了復(fù)合型保水劑和改進(jìn)型抗旱劑生產(chǎn)技術(shù)；如抗旱種衣劑、抗旱保水復(fù)合營(yíng)養(yǎng)劑、抗蒸騰營(yíng)養(yǎng)調(diào)理劑等。特別向唐山博亞公司研制開(kāi)發(fā)出如此多的品種，說(shuō)明了保水劑技術(shù)的成熟。三是國(guó)家對(duì)節(jié)水農(nóng)業(yè)的高度重視與深度開(kāi)發(fā)，將極大地促進(jìn)保水抗旱高新技術(shù)產(chǎn)品的市場(chǎng)化與產(chǎn)業(yè)化。

從環(huán)境安全的角度看，分析現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)試驗(yàn)報(bào)告表明：農(nóng)林用高分子吸水樹(shù)脂不會(huì)對(duì)土壤環(huán)境構(gòu)成危害（除非生產(chǎn)原料不純，含有危害性雜質(zhì)；或生產(chǎn)工藝不過(guò)關(guān)，殘留中間副產(chǎn)品）。高分子物質(zhì)在土壤中降解后，形成的小分子單體，還有助于土壤結(jié)構(gòu)的形成。

從食品安全的角度看，也未見(jiàn)有農(nóng)林用高分子吸水材料在農(nóng)產(chǎn)品中殘留的報(bào)道。高分子吸水樹(shù)脂本身及被降解后的分子單體，從化學(xué)、分子學(xué)及分子動(dòng)力學(xué)性質(zhì)講，是不參與植物生理循環(huán)的。

從試驗(yàn)報(bào)道看，增產(chǎn)效果多在10%以上。尤其在抗旱保苗和調(diào)理土壤結(jié)構(gòu)方面，作用突出。春旱保苗和增強(qiáng)作物生長(zhǎng)重要時(shí)節(jié)的抗旱能力，是我國(guó)發(fā)展旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)、提高降水利用效率、提高產(chǎn)量的關(guān)鍵。從這一點(diǎn)來(lái)講，開(kāi)發(fā)應(yīng)用多功能保水、抗旱劑，有著特殊的意義。