第五期：蒸腾蒸发抑制技术、化学制剂保水技术、水肥耦合技术
第二部分：化学制剂保水技术
一、技术原理、要点和适用条件
1、技术原理
保水剂又称土壤保水剂、保湿剂、高吸水性树脂、高分子吸水剂，是利用强吸水性树脂制成的一种超高吸水保水能力的高分子化合物。它与水分接触时，能够迅速吸收和保持相当于自身重量几百倍至几千倍的去离子水、数十倍至近百倍的含盐水分，而且具有反复吸水功能，吸水后膨胀为水凝胶，可缓慢释放水分供作物吸收利用，从而增强土壤保水性，改良土壤结构，减少深层渗漏和土壤养分流失，提高水分利用率。大量试验研究表明，保水剂能提高农田保水保肥能力，节约农田用水量，改良土壤结构，提高种子出苗率、幼苗移栽成活率，促进作物幼苗生长发育等功效。
2、技术要点
（1） 施用方法
保水剂的施用方法大致有十几类，根据农林业使用的经验，一般大田作物采用拌种并配合沟（穴）施，果树及其他经济作物采用蘸根或沟（穴）施，效果最佳。
保水剂施用时要掌握以下要领：
a. 耙土挖沟
无论是耙土还是挖沟（穴），都不要伤动主根，造成"伤筋动骨"，影响植物成活和正常生长，但开挖时要有利于根系吸水，所以大部分毛根应露出，但最好不要将毛根外表的土层剔得太干净，使保水剂凝胶体与毛根直接接触，也就是说露出毛根应保留一层薄薄的土为好。这样既不会对吸水产生影响，而且可以防止保水剂凝胶体与毛根直接接触而发生对根的腐蚀或者由于伴随吸水发生体积变化后根被切断。另外，沟（穴）的深度应略大于播种深度，有利于根系朝有水的方向生长，防止倒伏。
b. 撒施浇水
无论干施、湿施都要均匀，否则吸水后在局部会产生糊状凝胶，造成土壤蓄水过高，影响土壤通气和植物生长，甚至枯死。一般来说，保水剂（颗粒剂型）干施时，只要与土拌匀就能解决这个问题；如果不拌土，就一定要撒匀。同时，要注意土壤水分和施用时间在干旱少雨且灌溉条件又比较差的地方，土壤含水量低于10%时，施用保水剂前应将其投入大容器中充分浸泡饱和，使之充分吸水呈凝胶状后再与土壤混合使用（湿施），这种方法的优点在于能提前充分把水吸足，但要十分注意与土拌匀。据林业专家建议，在造林绿化时，保水剂粒径采用0.5~3毫米为宜，不要使用粉状剂型，以克服产生糊状问题。另外，无论干施、湿施，都要保证已施入的保水剂被水浸泡饱和。干施时要浇透蒙头水；湿施时，要提前洒水使沟（穴）中土壤含水量达到10%。因为保水剂是吸水保水的物质而不是产水剂，没有条件浇透第一遍水或浸泡饱和的地区不宜使用。
c. 防止蒸发
泡胀后的保水剂在自然条件下的水分蒸发远远大于有减蒸措施的蒸发量。1克保水剂加100克水在室内杯装开口和杯口盖上塑料纸条件下，自然蒸发40天后，剩下的水分分别为5%和95%。所以，要采取一些必要的防蒸发措施，如盖草、树叶和沙子等。
d. 观测管理
使用保水剂后，在植物生长全过程都要注意观察叶片旱象和土壤墒情，并结合气象条件决定是否补水，如果不补水，又无降水，就会适得其反。
（2）用量
保水剂在土壤中的用量随土壤质量、土壤墒情、植物种类、气候条件以及保水剂本身性能不同而有所差异。各类产品的使用说明中一般会提供参考值，大致用量为植物耕作层或穴（沟）干土重量的0.05%～0.2%，施入量太少起不到蓄水保墒作用，施入量过大，不但成本高而且雨季（特别是南方地区，粘壤类土壤）常会造成土壤贮水过高，引起土壤通气不畅而导致林木根系腐烂。
3、适用作物
大田作物：小麦、玉米、棉花、水稻、油菜、花生、大豆等；蔬菜；花卉；城市绿地；林木、果树。
4、适用条件
（1）降水时期和降水量
施用保水剂，必须考虑当地的降水时期和降水量。保水剂主要适用于年降水量在450～500毫米且季节性干旱明显的地区，对于年降水量低于300毫米的地区不能完全发挥作用。降水量大或正值降水时期可适量少施或不施保水剂。我国北方大多春旱秋雨，保水剂最好在雨季快结束时施用，吸收保存的土壤水分可供春季根系吸收使用。春季施用应选用使用寿命较短的保水剂，以防雨季吸水过量，造成土壤蓄水过多，影响土壤通气性和果树生长。施用保水剂后遇到雨季或连阴雨天，易造成涝灾。
（2）土壤类型与土壤湿度
对土层深厚、保水保肥能力强的壤土或黏土地，应适量少施；对土层浅、保水保肥能力弱的沙土地、瘠薄地，应适量多施。当土壤含水量较低时，应先吸水后施入。另外，在含盐地区使用效果和使用寿命会有所下降。 开发保水剂的主要目的是抗旱节水，但保水剂并非造水剂，它不是灵丹妙药。因此，只有根据各地的气候、土壤和植物条件科学使用，保水剂才能真正发挥作用。
5、与其他节水措施的关联性
保水剂通过水利部门开发和应用，不仅能跟降水相结合，而且可以跟各类水源工程（降雨集流工程，小微型蓄、引提、灌工程等）、灌溉工程（喷、微灌、沟渠灌等）以及其他节水措施结合起来集成运用，使保水剂的抗旱、节水、增产功效充分发挥出来。
6、使用成本
保水剂的使用成本因种植作物于土壤情况而异，一般每亩不超过50元。
7、节水、增产、增效综合效果
天津市武清区农业技术推广中心选用唐山博亚公司，保定科瀚公司和德国施可保公司生产的颗粒型保水剂产品。以底施的方法每亩施用颗粒型高能抗旱保水剂3千克，随底肥深翻入土。通过小麦旱作节水栽培，每亩可节水50立方米，增产56.2千克，增效益90元，扣除每亩施用保水剂费用60元，因为保水剂应用期为10年，所以平均每年每亩成本为 6元，故亩净增效益84元，不但达到了节水的目的，而且达到高产高效的目的。
广东惠安县农业局使用广东珠海得米化工有限公司生产的保水剂，在花生和甘薯轮作上进行试验。对施用45千克每公顷，60千克每公顷，75千克每公顷三种不同保水剂量的实验结果表明：施用抗旱保水剂具有一定的保墒效果，在干时能增加耕层土壤含水量13%～43%。施用抗旱保水剂对提高作物产量作用明显。花生增产256.92～456.75千克每公顷，增产率为9.0%～16.0%；甘薯增产3483.28～5317.19千克每公顷，增产率为20.4%～31.1%。施用抗旱保水剂可增加花生和甘薯轮作的产值（3117.64～5017.31）元每公顷，其投入产出比1:1.91～1:2.79，具有显著的增产增收效果。其中抗旱保水剂以60千克每公顷的用量的增产增收效果最佳，增加花生产值1827元每公顷，增加甘薯产值3190.31元每公顷，投入产出比1:2.79。
中国农科院土肥所在位于黄土半干旱地区的山西省方山县对果树进行保水剂试验，结果表明：在无降水情况下，施用保水剂的植树穴0~60厘米土层的平均含水率，前20天保持在16%~13%，后25天保持在13%~10%，而未施保水剂的植树穴在此期间仅维持在11%~7%。在移栽3~4年的果树穴内，土壤含水量较对照提高20%~30%。成龄果园产量较对照提高25%~30%。土壤聚丙酰胺型颗粒保水剂价格每40元每千克，在黄土半干旱地区苗木移栽时每亩需4千克，使用成本160元，使用寿命4年，每年平均40元；成龄果园每亩需5.6千克，折合每年56元。使用保水剂虽然有一定初始投入，但综合考虑还是经济的。
8、推广应用总体情况
从目前全国总的情况看，保水剂在农林业生产中的应用推广速度还比较缓慢，目前基本处于小面积试验示范阶段，许多地方的农民甚至没听说过，更谈不上应用。
各地的农业科技推广部门一般以实施"科技入户工程"为主体，实行科技人员进村入户，深入田间地块，现场讲授使用方法。并加大培训推广力度，采取省市培训师资，县乡培训农民的方法进行。
目前，在保水剂技术推广体制和机制方面还存在一些难以解决的问题，主要包括以下几方面:
① 研究和生产、应用脱节（原来分属不同部门）；
② 功能单一、针对性不强、质量不稳定；
③ 工艺设备落后，没有形成规模化生产；
④ 农林业新技术推广体制与实际不适应；
⑤ 缺乏技术指导，应用效果不明显；
⑥ 农业产出率低，林业投入不足，重眼前轻长远利益；
⑦ 成本偏高。
9、技术支撑条件
我国的保水剂开发与应用研究开始于80年代初期，但发展速度较快。目前，保水剂产品的种类繁多，由于各企业采用的原来源不同，包括淀粉系、纤维素系、合成聚合物系等，技术配生产工艺不同，包括亲水化方法、交联方法等以及产品形态不同，包括粉沫、膜状、纤维状等，因此质量、性能差别很大；特是在土壤中的吸水保水能力和溶解性差别很大。
目前我国已有40多个单位进行保水剂的研制和开发，据现在所了解的部分情况，我国已投入批量生产的企业有瀚、中瑞、立信、永泰田、诺特、博亚等公司，各种产品的性能、价格差别大（出厂价格每吨约在1.6~4.0万元之间）。比如，河北保定市科瀚树脂公司科技人员采用生物实验技术研制成功"科瀚98"系列高效抗旱保水剂，该产品吸水倍率高，有颗粒型、凝胶型两种剂型。最近还研制生产出一种利于干旱无水条件下,保证植物成活的蓄水能力很强的、含水量高达99.5%的透明胶状物质—"沙漠王"固体水（又叫干水）；唐山博亚高能抗旱保水剂是以丙烯酸为主结合少量泻粉为原料，采用分项控制合成法工艺实现工业化生产的产品，价格较低；立信复合型抗旱保水剂是一种将超强吸水树脂与腐植酸类天然高分子有机结合在一起的产品；FJC强吸水剂是一种不含淀粉和纤维素的合成高分子类吸水树脂，价格较高。
二、 各地区应用的化学制剂保水技术
1、北部地区适用的化学制剂保水技术
（1）吉林双辽水稻田保水剂施用技术
吉林省双辽地区气候十年九旱，由于长期干旱，降水减少，造成地下水位下降，农业生产用水面临着严重的挑战。一方面严重缺水，另一方面土壤渗漏、不科学用水造成水资源的大量浪费。水稻是该市农业中的主导产业，现有水稻1.67万公顷，其用水量在农业用水中所占的比例达65%以上，而利用率却仅为30%。双辽农业生产中大力推广应用节水技术势在必行。
2005年，防渗保水剂在双辽的6个乡镇进行了20公顷的试验，取得了显著的节水增产效果。据双辽市水稻研究所统计，20公顷水田平均节水28.1%，最好的试验田地块节水35.4%。节约灌水投入800元，平均增产水稻879.05千克每公顷，增收791元，两项累计增收1591元，扣除水田保水剂投入480元，每公顷纯增收1111元。2006年，双辽在4个乡镇又落了27个示范点，试验面积增加到了50 公顷，节水效果也非常明显。
（2）保水剂浸根造林技术
春季是造林的好季节，但北方地区由于春天气候干燥，风大，常会导致苗木干枯，降低成活率。保水剂能促进苗木生长及提高幼苗成活率。使用保水剂时，先将准备栽植的苗木捆成小把，每把以50棵为宜。准备1个塑料大盆，为配制保水剂用。配制保水剂的比例为1:800。配制保水剂的水温要求30摄氏度，配制时先把水倒进塑料盆中，然后一边用手均匀撒保水剂，一边用木棍均匀搅拌，使水和保水剂稀释开，以防结块。配好保水剂后，将事先捆成把的苗木根部浸放在装有保水剂溶液的盆中，浸泡到1分钟左右取出，即可进行栽植。辽宁省凤城市2004年春季造林时大力推广使用保水剂，到2006年春已累计推广1万多公顷，栽植苗木成活率达到95%以上。
2、西部地区适用的化学制剂保水技术
（1）甘肃古浪县春小麦应用保水剂技术
甘肃省古浪县位于河西走廊东端，多年平均降水量在300毫米左右，且多集中在4～8月份，干旱成为抑制当地小麦生产的主要因素。从2005年开始，水利科技部门在当地小麦生产中推广使用保水剂。在小麦播种前，将保水剂按15千克每公顷的用量与肥料混合施入田中。应用结果表明，保水剂能有效提高春小麦出苗率，促进生长发育，并有明显的节水、增产效果，节水10%，增产幅度在15%左右。
（2）新疆新型多功能保水剂应用技术
广东仲恺农业技术学院的专家经过多年研究，开发出适合新疆土壤和气候特点的新型多功能保水剂。该保水剂利用新疆本地丰富的天然及废弃物资源，例如动物羽毛蛋白、角蛋白、棉籽蛋白、毛皮加工废弃物等，价格低廉、具有突出的耐老化和耐候性能、可完全降解，并采用新的配方和制备技术，使保水剂具有多种功能性。通过在新疆干旱地区不同作物上的应用技术研究与示范，建立了新型多功能保水剂在不同作物上的标准化应用技术规范，节水率达到15%～30%，并具有增产、提高成活率、刺激作物根系发育、促进植物生长以及改善农产品品质等多种作用。多功能保水剂应用于荒漠造林可节水20%～30%，成活率还提高30%以上，苗木生长迅速，甚至当年即可成林。以葡萄示范基地为例，使用了保水剂后肥料利用率提高了30%；生长期平均灌水12次减少为8次；商品果产量提高30%，每公顷产值为33750元，利润为25620元，每年每公顷增加利润6120元，两年约为12000多元。目前已在哈密、吐鲁番、乌鲁木齐等地的40多个示范点累计推广应用0.67万公顷以上，累计节水达到1000多万立方米，取得了良好的生态效益、社会效益以及经济效益。
3、中部地区适用的化学制剂保水技术
（1）山西方山县果树施用保水剂技术
山西省方山县属黄土半干旱地区，多年平均降雨量400毫米左右，干旱是制约当地果树生产的主要因子。"九五"期间，方山县大力推广保水剂技术，取得了较好的节水增收效果。
方山县果树施用保水剂主要采用两种方法，一是拌土，二是蘸根。保水剂用量为：在幼龄果园，每株用量120克；在成龄果园，每株用量170克。在株间或树冠垂直投影边缘挖50～60厘米见方的穴拌土施入。对于新植果园，保水剂一般施用方法是在上年雨季前整地时在定植穴内与土拌匀，经过雨季充分吸收下渗水，将水分保存在土穴内，到翌年春季栽植，达到秋水春用的目的。为了防止苗木在运输过程中失水和提高栽植成活率，采用保水剂蘸根。具体方法是将40～80目的粉状淀粉接枝型保水剂按0.1%的比例投入浸根容器中，充分吸水搅匀，20分钟后即可用来蘸根。
方山县多年应用实践表明，果树施用保水剂可节水50%，节肥30%，成龄果园产量可提高25%~30%，经济效益显著。该技术适合胶东、辽东和关中北方水果产区及季节性干旱严重的云、贵、川、桂、粤南方水果产区。
（2）北京昌平地区苹果园施用保水剂灌溉技术
根据中国农业大学在北京昌平的试验结果，土壤中施用保水剂后，土壤的蓄水保墒能力显著提高，可以减少灌水次数，节约灌溉用水，提高水分利用效率。在砂壤土条件下在苹果全生育期施用保水剂200克每棵，可以减少灌溉2次（不包括封冻期灌水），节约灌水900立方米每公顷。华北地区果园在施用保水剂条件下，对于降雨量频率为50%的平水年，施用保水剂后，在果树全生育期灌溉5次，灌溉总水量为3600立方米每公顷；对于降雨量频率为75%的中等干旱年份，果树全生育期灌溉5次，灌溉总水量为3800立方米每公顷；对于降雨量频率为95%的特旱年份，果树全生育期灌溉6次，灌溉总水量为4000 立方米每公顷。
4、东部和南部地区适用的化学制剂保水技术
（1）广东惠安县花生、甘薯保水剂施用技术
广东惠安县农业局使用广东珠海得米化工有限公司生产的保水剂，在花生和甘薯轮作上进行试验。对施用45千克每公顷，60千克每公顷，75千克每公顷三种不同保水剂量的试验结果表明：施用抗旱保水剂具有一定的保墒效果，能增加耕层土壤含水量13%～43%。同时，保水剂对提高作物产量的作用也十分明显，花生增产256.92～456.75千克每公顷，增产率为9.0%～16.0%；甘薯增产3483.28～5317.19千克每公顷，增产率为20.4%～31.1%。施用抗旱保水剂可增加花生和甘薯轮作的产值（3117.64～5017.31）元每公顷，其投入产出比1:1.91～1:2.79。其中抗旱保水剂以60 千克每公顷的用量的增产增收效果最佳，增加花生产值1827元每公顷，增加甘薯产值3190.31元每公顷，投入产出比1:2.79。