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国内外抗旱保水剂发展及趋势发布日期:2021-02-24 浏览次数:

保水剂,农林用上又有称谓吸水剂、保墒剂、农林用冻胶、水合土、土壤调理剂、聚水胶等等,是吸水聚合物的统称,主要有4种类型:一是以有机单体(丙烯酸、丙烯酰胺)为原料的全合成型;二是以纤维素为原料的纤维素接枝改性型;三是以淀粉为原料的淀粉接枝改性型;四是以天然矿物质等(如蛭石、蒙脱石、海泡石等)为原料的天然型。各种类型在农林上的应用都有试验和报道,但以不同类型按不同比例组配的复合保水剂产品的开发与应用,代表着将来发展的方向。具有特殊抗旱、节水、保水和调理功效的保水剂、抗旱剂等化学、物理和生物技术产品的开发与应用,是近30年来国际上研究改善土壤水份状况和提高植物用水效率的重点内容之一。

一、国际上农林用保水剂开发利用情况

1、保水剂。美国是最早进行保水剂研究开发的国家,于六十年代开始研究,研制成功一种新型高分子吸水材料,到七十年代实现了工业化生产。随后日本、法国、英国、比利时等国家都先后开发保水剂,形成不同规模的生产能力,也建立了不少专门从事保水剂研究的机构。最早的保水剂产品是高分子量聚丙稀酰胺。所谓保水剂就是一种高吸水性树脂材料。这类物质含有大量的强吸水基团,结构特异,在树脂内部可产生高渗透缔合作用并通过其网孔结构吸水,可吸持自身重量的数百倍至上千倍的纯水。并且这些被贮存在保水剂中的水分,可以为各种农作物、果树、蔬菜、花卉、林木等根系直接吸收分,这一特性决定了保水剂在农林业抗旱节水中的广泛应用前景。由于聚丙稀酸是一种石油化工原料,价格昂贵,如果用于农业,生产成本上升,因此,人们又不断地探索新的生产原料替代品。

2、农用保水剂开发。七十年代以后,一些国家致力于农用保水剂的开发。农用保水剂的特点与工业不同,农用保水剂不追求高吸水倍率,而对反复吸水能力、凝胶强度和保水性等有特别的要求。同时必须保证使土壤不会板结、不受到污染,不影响种子发芽、出苗。要有适宜的pH值,要有很好的复配性能(与养分、农药等)等。

比利时的TC保水剂,是一种能增进土壤保持水分和营养的能力,还能促进植物的生长和增加生物量的农用保水剂。用TC处理过的草坪由于减少了灌溉频率,比未用TC处理过的草坪少耗用50%以上的水。还可以把由于蒸发、渗漏和流失的水分吸收、保存,提高土壤的储水能力。瑞士雀巢公司研究中心研制出一种能够大大降低沙漠水分蒸发的新产品。这种产品可以使土壤水分蒸发量降低75%,使种植农作物所需的用水总量减少一半。这种保水剂的有效成分是硅氧烷,一种最终能被沙土吸收的无毒生物降解化合物。墨西哥瓜达哈拉大学的研究人员开发成功一种晶体状高分子聚合物颗粒粉剂,适合于干旱地和土壤板结地使用,能提高土壤储水和保肥能力,使农作物产量提高20%。前苏联自己合成出一种含金属的聚丙烯酰胺在伏尔加格勒进行了大面积试验,不但可以节水,还可以提高产量。法国一种保水剂应用于灌溉地区,可以随灌溉水使用,提高水的入渗率,同时,防止土壤水分蒸发损失。

3、国外保水剂在农林方面的应用情况

在国外近30个国家已经在使用农用保水剂。如美国、澳大利亚、法国等的应用,但大多是用在草坪地、花卉及其它产值高的植物上。单纯在大田上的应用很少,主要因为农业比较效益低,产投效益不划算。国外的用法多数是一次投资施入,多年(8-10年)见效。如按在美国的施用(普通情况)计算。1亩地一次投入量的价值是20美元,功效可持续10年。平均每亩每年为2美元。对中国农民来讲,这一单项次投资不算低。

4、国外保水剂产品在我国的应用。从九十年代中期,国际上一些发达国家,如比利时、法国、日本、美国等的保水剂产品纷纷进入中国开发市场,并且几乎都是全方位考虑的,不仅考虑到在工业、食品卫生等方面的应用,而且考虑农业领域市场开发。但到现在,在农业上市场开发站得住脚的国外产品,可以说还没有。主要原因是其高昂的价格。

二、我国的农用保水剂开发

1、我国第一阶段农用保水剂的研制开发

我国从80年代初开始引入保水剂,“七五”、“八五”期间曾列为国家攻关项目,80年代初至中期,一些厂家寻求技术、纷纷上马,保水剂的开发形成了第一个高潮。当时,全国有据可查,新上的保水剂生产厂家,至少有40几家。但都维持时间不长,至80年代末、90年代初,这批厂家在经历了惨淡经营之后,都因市场没有打开,几乎全部关闭。究其原因:一是因工艺技术问题导致产品观感不好、质量不稳定;二是没有考虑农业上应用的特点,尤其是对土、肥、水、种知识缺乏最基本的理解,保水剂直接应用于农业生产上效果不稳定;三是受原料和生产工艺效率影响,产品价格高,而且生产始终是在高成本投入状态下运行,厂家和产品使用者的回报都太少;四是生产应用上的示范、指导、宣传和推广工作做得远远不够。当时,试验应用农用保水剂工作做得最好的是中国农科院作物所,在60多种作物上推广用过。但就是这样,迄今为止,农用保水剂的应用总面积,累计也就是100万亩左右。

2、我国第二阶段的保水剂开发。从94年开始,保水剂的开发又开始了新一轮的高潮。一直到现在是处于第二个发展高潮的上升时期。但国内新上的企业,其生产规模都不大,大多数的实际生产水平都在300—500吨,可以说是处于中试阶段。跟80年代的高潮时状况比,这次国内新上企业的聪明之处在于:注重市场的全方位调查;注重与科技实力强的科教单位联合;注重中试试车结果;注重对国家有关政策取向的研究(如生态建设、环境保护等)。但总起来看,农用保水剂的产业化,眼下有相当大的难度,涉及的因素很多,一是单纯以有机单体(丙烯酸、丙烯酰胺)为原料的保水剂产品,生产成本高,农林用产品价格较高,农民难以接受;二是从化学、物理和生物学的角度来说,保水剂属高新技术产品,但对复合型保水剂、新型抗旱剂的技术配方、生产工艺及技术标准化等方面缺乏必要的研究和开发;三是现有的保水剂产品在生产实际中应用时,技术性强,在使用方法的掌握上需要做一定的培训指导工作。因此,在技术和市场均没有形成规模的情况下,各企业的开发也受到限制。

3、国内保水剂产品的开发前景

从以下几个方面,可以看出保水剂产品的发展潜力很大,前景十分广阔。

从技术现状、发展趋势和体系优势来看,研究开发多功能保水剂、新型抗旱调理剂是有前景而且可行的。一是国外已经有了成功的商业产品,工业化技术已经成熟;二是我国也已基本掌握了复合型保水剂和改进型抗旱剂生产技术;如抗旱种衣剂、抗旱保水复合营养剂、抗蒸腾营养调理剂等。特别向唐山博亚公司研制开发出如此多的品种,说明了保水剂技术的成熟。三是国家对节水农业的高度重视与深度开发,将极大地促进保水抗旱高新技术产品的市场化与产业化。

从环境安全的角度看,分析现有的国内试验报告表明:农林用高分子吸水树脂不会对土壤环境构成危害(除非生产原料不纯,含有危害性杂质;或生产工艺不过关,残留中间副产品)。高分子物质在土壤中降解后,形成的小分子单体,还有助于土壤结构的形成。

从食品安全的角度看,也未见有农林用高分子吸水材料在农产品中残留的报道。高分子吸水树脂本身及被降解后的分子单体,从化学、分子学及分子动力学性质讲,是不参与植物生理循环的。

从试验报道看,增产效果多在10%以上。尤其在抗旱保苗和调理土壤结构方面,作用突出。春旱保苗和增强作物生长重要时节的抗旱能力,是我国发展旱作节水农业、提高降水利用效率、提高产量的关键。从这一点来讲,开发应用多功能保水、抗旱剂,有着特殊的意义。

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