周 晗 王小云

（山西农业大学水土保持科学研究所，山西太原030013）

吕梁山区是典型的黄土丘陵沟壑区，存在着大量靠天吃饭的旱作缓坡地，加之严重的水土流失，使得该区的坡耕地面临作物产量低、经济效益低等问题。保水剂作为一种高效保水、保肥的高分子聚合物，在农林方面的应用越来越广泛。但不同保水剂在不同气候、土壤条件下应用效果差异较大[1]。为了保障使用者在农业生产中正确使用保水剂，以及进一步提升保水剂在吕梁山区农业生产中的使用效果。本文对主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体的保水剂的吸水性、保水性进行了研究，以期为农业生产中使用保水剂提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试材

保水剂为郑州凯迪化工产品有限公司生产的农林抗旱保水剂，主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体。试验用土取自离石王家沟流域官道梁坡地，土壤理化性质详见表1。

表1 试验区土壤理化性质

1.2 测定项目及方法

1.2.1 保水剂吸水性能测定

保水剂吸水量、吸水速率采用蠕动泵定量定时滴定法测定。分别在2 L 的亚克力土壤柱（内径10 cm，高30 cm）底部及保水剂上部各放置一张滤纸，并均匀放置3 g、5 g、10 g 保水剂到滤纸上，然后采用蠕动泵（流速为1 mL/s）注入自来水，待土壤柱底部发生渗水时停止注水，记录注水量。采取人工加水的方式测定最大吸水速率，即将特定容量的自来水，直接倒入放有保水剂的土壤柱中。加水速度控制在土壤柱中自来水平面略高于保水剂为准。采用秒表记录倒水时间。待土壤柱底部出现滴状的渗透水时，停止倾倒自来水，并记录加水时间和加水总量。

1.2.2 保水剂与土壤混合后的土壤吸水性测定

用蠕动泵注水法测定保水剂和土壤混匀物的吸水特性。称取4 份200 g 试验土样，分别加入0 g、0.5 g、1 g 和2 g 保水剂，用药匙将保水剂和土壤混匀，倒入底部铺有一张滤纸的土壤柱中，通过轻轻摇晃使其表面平整。通过蠕动泵（流速为1 mL/s）将自来水注入土壤柱中，直到土壤柱底部出现渗透水下滴，停止注水，计算其注水量。

1.2.3 保水剂与土壤混合后的土壤保水性测定

用模拟蒸发法测定保水剂与土壤混合后的土壤保水率。取200 g 试验土样分别与0 g、0.5 g、1 g 和2 g 保水剂混合均匀后装入已称重的铝盒中，每个梯度重复3 次，将水注入铝盒内，待保水剂完全吸收自来水后称重，然后在35 ℃下恒温蒸发，每隔2 h 取出称重，直到达到恒重，计算土壤保水率。

1.3 数据处理方法

采用Excel 2003 软件处理数据和绘图，采用SPSS 12.0 进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 保水剂吸水性能及参数研究

吸水速率是衡量保水剂吸水性能高低的重要指标，对施用保水剂后的效果具有重要影响。

由表2 可知，3 g、5 g 和10 g 保水剂的吸水总量分别为464 mL、758 mL 和1 533 mL，单位吸水量分别为155 mL/g、152 mL/g 和153 mL/g。吸水总量随着保水剂添加量的增加而增加，但保水剂的单位吸水量在152～155 mL/g 之间，基本相同。由此可知，该保水剂的单位平均吸水量在153.33 mL/g 左右，比较稳定。

表2 不同重量保水剂吸水量

表3 是保水剂吸水速率试验结果。由表可知，3 g、5 g 和10 g 保水剂在10～16 s 之间就可以达到饱和吸水量，加水总量在219～314 mL 之间，保水剂吸水量为73 mL/g、62.8 mL/g 和30.2 mL/g，最大吸水率为在19.63～21.90 mL/s 之间。

表3 不同重量保水剂最大吸水速率

由表2 和表3 的计算结果可知，单位质量保水剂的吸水量受注水速率的影响较大，当注水速率很慢时保水剂有较大的吸水量，即保水剂对水分的吸持力较大。相反，当水量非常充足时，保水剂的吸水量降低，对水分的吸持力降低。

2.2 保水剂与土壤混合后吸水性及土壤保水性研究

2.2.1 保水剂与土壤混合后吸水性研究

土壤中加入保水剂后吸水性能结果见表4。由表可知，土壤中加入不同量的保水剂，其吸水量均有显著增加。与对照相比，土壤中加入0.5 g、1 g 和2 g保水剂后，增加的吸水量分别为35 mL、125 mL 和165 mL。与对照相比，土壤中加入0.5 g、1 g 和2 g 保水剂后，土壤柱高度分别增加了0.3 cm、1.0 cm、2.7 cm。

表4 保水剂与土壤混合后吸水性能

通过表4 中保水剂和吸水量的关系可知，土壤中加入保水剂后，保水剂的吸水能力不稳定。其中1 号实验中保水剂吸水量为70 mL/g、2 号实验中吸水量为125 mL/g、3 号实验中吸水量为82.5 mL/g。这与本文中2.1 实验结果中保水剂单位平均吸水量在153.33 mL/g 的结果不一致。分析原因，可能是土壤量和保水剂量间差异较大，混匀后保水剂所占空间较小，注水后土壤和保水剂同时吸水，土壤中水分含量达到最大持水量后将开始下渗。本实验的设计中，当土壤柱底部出现渗水时即停止注水，认为保水剂达到了最大吸水量，这对实验结果有较大影响。

2.2.2 保水剂与土壤混合后土壤保水性研究

从图1 可以看出，在模拟蒸发在35 ℃恒温蒸发条件下，对照组土壤在10 h、12 h、14 h 后土壤保水率分别为1.59%、0.31%、0.22%，16 h 后其土壤的保水率曲线斜率趋近于零，由此可知对照组土壤的保水率在模拟蒸发10 h 后变化较小，土壤含水量趋近于稳定。众多学者[2-3]研究同样发现，施加保水剂后土壤保水率随时间变化趋势为先降低后趋于平稳。施加0.5 g、1 g、2g 保水剂后土壤保水率完全失水时间分别为17 h、18 h、20 h。这与保水剂吸水性能以及先吸水、保水，后缓慢释水的特性有关，在充分吸水条件下，保水剂含量越高，土壤完全失水时间越长这一研究结果与张朝巍[4]等研究结果一致。

图1 不同处理下的土壤保水率

3 结论

（1）保水剂吸水性能比较稳定，单位重量保水剂的吸水量在152～155 mL/g 之间，最大吸水速率在19.63～21.90 mL/s 之间。保水剂的吸水能力受来水速率的影响较大，当来水速率较缓慢时，保水剂的吸水量较大，当来水速率较大时，保水剂的吸水量会降低。

（2）土壤中施加保水剂后，能有效增加土壤的吸水能力，同时可以有效抑制土壤水分的蒸发，提高土壤保水率。