功能型保水劑在江蘇丘陵山區(qū)生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用展望

虞利俊++徐磊++唐玉邦

摘要：保水劑是一種新型的功能高分子材料，吸水量可達(dá)自身質(zhì)量的數(shù)百乃至數(shù)千倍，具有親水基團(tuán)多、能吸收水分溶脹又能保持水分不外流的優(yōu)異性能，因此被廣泛應(yīng)用于農(nóng)林、園藝中作為土壤保水劑使用。江蘇丘陵地區(qū)的水土流失率非常高，山區(qū)地勢落差較大，坡度較陡，林草稀疏，土薄缺水，植被覆蓋率低，缺乏植被固結(jié)土壤、截留雨水等屏障作用是丘陵山區(qū)水土流失較易發(fā)生的一個重要因素。因此，利用功能型農(nóng)用保水劑的優(yōu)異保水性能，不僅能提高丘陵山區(qū)土壤保水性能，還能提高土壤的保肥能力。介紹了功能型農(nóng)用保水劑的發(fā)展，對其在江蘇丘陵山區(qū)的應(yīng)用進(jìn)行了展望，對推動江蘇丘陵地區(qū)的改良與利用有實際意義。

關(guān)鍵詞：功能型保水劑；丘陵山區(qū)；生態(tài)修復(fù)；應(yīng)用展望；江蘇省

中圖分類號： X171.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）05-0473-02

保水劑使用的是高吸水性樹脂，它是一種吸水能力特別強(qiáng)的功能高分子材料，具有親水基團(tuán)數(shù)量多、能吸收水分溶脹又能保持水分不外流的優(yōu)異性能，吸水量可達(dá)自身質(zhì)量的數(shù)百乃至數(shù)千倍，并且有保存能力，可以將水慢慢釋放出來，無毒無害，因此農(nóng)業(yè)上人們把它比喻為“微型水庫”。江蘇省丘陵山區(qū)主要分布在與山東省交界的省境北部和與安徽省、浙江省相鄰的省境西部、南部，并延伸至太湖沿湖丘陵帶。江蘇丘陵地區(qū)的水土流失率非常高，給丘陵地區(qū)的開發(fā)帶來了新的難題。江蘇省丘陵山區(qū)的水土流失原因主要是由土壤質(zhì)地、降水、植被、地形地貌等多種因素組成。江蘇省以壤土為主，無人為擾動的自然狀態(tài)下水土流失不多。山丘區(qū)地勢落差較大，坡度較陡，部分山丘區(qū)林草稀疏，土薄缺水，植被覆蓋率低，在降水、徑流等作用下很容易發(fā)生面蝕和溝蝕等。缺乏植被固結(jié)土壤、截留雨水等屏障作用是丘陵山區(qū)水土流失較易發(fā)生的一個重要因素[1-2]。

1江蘇省丘陵地區(qū)生態(tài)修復(fù)研究狀況

江蘇省丘陵山區(qū)的水土流失原因主要是由土壤質(zhì)地、降水、植被、地形地貌等多種因素組成。缺乏植被固結(jié)土壤、截留雨水等屏障作用是丘陵山區(qū)水土流失較易發(fā)生的一個重要因素。目前，對于荒坡地的水土保持工作及生態(tài)修復(fù)研究主要集中在以下幾個方面。

1.1封-造-育型

按照林業(yè)分類經(jīng)營原則，此種類型也可稱為生態(tài)林型，是以發(fā)揮生態(tài)效益為主，起到保持水土、涵養(yǎng)水源作用的一種模式。這是江蘇省建設(shè)山地丘陵生態(tài)體系的主要模式，適于荒山荒地、殘次林、低產(chǎn)林及其他用地，營造或改建水土保持林、水源涵養(yǎng)林。在坡度陡、土層薄、植被稀少、人工造林難度大，水土流失嚴(yán)重的地區(qū)，采取封山育林的方法，封育結(jié)合，保護(hù)現(xiàn)有植被，擴(kuò)大植被覆蓋率。在適宜造林的地段，首先要保護(hù)好現(xiàn)有植被，然后選擇適宜的造林樹種，采取人工造林、留苗養(yǎng)樹、喬灌草結(jié)合的方法造林營林。造林時，要盡量減少破土面，加大造林科技含量，提高造林成活率和保存率[3-4]。

1.2林-果-農(nóng)復(fù)合型

這是以發(fā)揮生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益為主的一種建設(shè)模式，適宜以小流域為單元的綜合開發(fā)治理。根據(jù)小流域自然特點，依據(jù)土壤、氣候、生物垂直分布規(guī)律，在宏觀上采取梯級開發(fā)、上欄下蓄、立體利用的模式。也就是在山體上部立地條件差、水土流失嚴(yán)重的地段，采取喬灌草結(jié)合，選用耐干旱瘠薄的樹種，營造保持水土、涵養(yǎng)水源保護(hù)林，主要發(fā)揮生態(tài)效益。山腰發(fā)展經(jīng)濟(jì)林，上干果下鮮果，主要發(fā)揮土層較為肥沃深厚、光照充足、通風(fēng)透氣良好有利于果樹生長的條件[5-6]。

1.3林-農(nóng)結(jié)合型

這是以發(fā)揮防護(hù)效益為主、保護(hù)農(nóng)田、防止自然災(zāi)害、提高防災(zāi)減災(zāi)能力、增加經(jīng)濟(jì)收入的一種治理模式。適于山地丘陵中下部梯田地堰開發(fā)、山前沖積平原林網(wǎng)和沿海防護(hù)林體系建設(shè)。

1.4高產(chǎn)高效型

此種類型也可稱為商品林基地型，是一種發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益為主的建設(shè)模式。適于立地條件好、交通方便、水利條件優(yōu)越的地段，通過綜合治理，走高投入、高產(chǎn)出、高科技、高效益的路子，大力發(fā)展名、優(yōu)、特、稀經(jīng)濟(jì)林和豐產(chǎn)用材林基地，實現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益相結(jié)合，長中短結(jié)合，并與農(nóng)民脫貧致富相結(jié)合的有效途徑[7-8]。

1.5旅游觀光型

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，旅游觀光已成為一種新的消費熱點。因此，山地丘陵區(qū)要充分地發(fā)揮旅游資源的優(yōu)勢，通過恢復(fù)森林植被，完善基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，添置植物造景，合理點綴樓臺亭閣，修復(fù)廟宇、碑文、石刻，創(chuàng)造舒適的游憩環(huán)境，發(fā)揮社會效益，增加經(jīng)濟(jì)收入。此類型適于名勝古跡周圍、名山廟宇、旅游干線、交通干道兩側(cè)的森林公園的建設(shè)。建設(shè)山地丘陵生態(tài)體系，荒坡地復(fù)綠是主體，應(yīng)采取生物措施與工程措施相結(jié)合，綜合治理的方法來完善山地丘陵生態(tài)體系，以發(fā)揮其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會三大效益，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展[9]。

然而，不論采用何種方法進(jìn)行丘陵地區(qū)的生態(tài)體系改造，都必須解決丘陵地區(qū)的土壤水肥缺失，且流失較快的難題。眾所周知，影響退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建的主導(dǎo)生態(tài)因子是土壤因子，主要是土壤肥力和土壤水分。對于極度退化的生態(tài)系統(tǒng)，其特點是無植被覆蓋，水土流失嚴(yán)重，土壤極度貧瘠，土壤結(jié)構(gòu)及其透水性和保水性差。在雨季階段，雖然降水量多，但絕大部分流失或被蒸發(fā)掉，土壤真正吸收的水分很少，植物能夠利用的就更有限。雨過天晴，在強(qiáng)烈的陽光輻射作用下，表土很快呈現(xiàn)出干旱的現(xiàn)象，對植物的生長發(fā)育極為不利。干濕季明顯的特點，一方面讓雨季大量雨水流走，并產(chǎn)生徑流侵蝕；另一方面使旱季土壤有效含水量降低，各種植物和土壤微生物存活率低，土壤有機(jī)質(zhì)含量降低，土壤結(jié)構(gòu)性變差，微生物數(shù)量和活性下降，加大了土壤退化強(qiáng)度。因此，丘陵地區(qū)荒坡地的生態(tài)問題首要是控制水土流失，增加雨水入滲率，提高土壤肥力和改善土壤理化結(jié)構(gòu)，增加植被覆蓋率的問題。

2 功能型保水劑在丘陵山區(qū)生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用前景分析

保水劑可吸收大量水分，并且保水性非常強(qiáng)，還具有吸水可逆性，因此可以被植物吸收和利用，并能在植物根系附近形成一個局部濕潤環(huán)境，能很好地起到“微型水庫”的作用。土壤中混入0.1%～0.5%的保水劑后，即使土壤中水分過多或因干早缺水時都能保持土壤的有效濕度穩(wěn)定，可減少澆水的次數(shù)，促進(jìn)作物生長。由于保水劑在土壤中形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤透水和透氣性，縮小土壤晝夜溫差；同時，還能吸收肥料和農(nóng)藥，使之緩慢地放出，提高它們的效果，促進(jìn)種子發(fā)芽和植物生長發(fā)育。將保水劑與復(fù)合肥一起配制成“抗旱增效復(fù)合肥”，用于盆栽花卉，可避免經(jīng)常澆水施肥，起到抗旱保肥的效果，滿足花卉對各種肥料元素的需要，使花卉花美枝壯。用它種植蔬菜，可使蔬菜收獲量提高2～3倍，并明顯地減少灌溉費用。前期筆者所在項目組以江蘇省徐州地區(qū)黃河故道沙質(zhì)土為對象，利用保水劑進(jìn)行相關(guān)試驗發(fā)現(xiàn)：保水劑與沙質(zhì)土壤混合施用有利于提高土壤的保水能力，添加土壤質(zhì)量的0.2%亦可看出效果，當(dāng)添加量增至0.4%時其脫水后期的持水量高于10%的時間達(dá)42 d[10]。保水劑自身不能產(chǎn)生水，當(dāng)土壤較干旱時，靠滲透壓差，它將吸附的水放出，提供植物吸收，而當(dāng)下雨或澆灌時，它又將周圍多余的水吸進(jìn)網(wǎng)格中保存，如此往返循環(huán)，具有良好的保水性與釋水性。

然而，將保水劑應(yīng)用于丘陵山區(qū)的生態(tài)修復(fù)與水土保持中，還需要解決降低成本和提高產(chǎn)品適應(yīng)各種土壤環(huán)境、水質(zhì)條件和重復(fù)吸水的能力，以及減少在應(yīng)用中霉變等方面的難題。目前國內(nèi)外研制的各種保水劑都對去離子水或蒸餾水有較高的吸水率，吸鹽水率卻降到10%，這就造成在實際應(yīng)用中大打折扣。要解決以上難題可以從以下幾個方面進(jìn)行研究。

（1）選擇引發(fā)效率高、成本低的引發(fā)劑，增加淀粉用量。目前一種研究的新動向是利用無機(jī)或有機(jī)復(fù)合材料和樹脂物理混合，或參與聚合反應(yīng)制備功能型保水劑[11]。（2）改進(jìn)工藝路線。如采用分項控制接枝交聯(lián)新技術(shù)，提高吸水速率。也可以將反應(yīng)的料液混合均勻后直接加入轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器，或采用不銹鋼盤或表面涂有不黏涂層的盤子，在干燥箱中鼓風(fēng)反應(yīng)，使反應(yīng)和干燥一步完成，簡化工藝，縮短反應(yīng)時間[12-13]。（3）采用變性淀粉為原料，或淀粉和多種單體多元接枝共聚，來提高保水劑的吸水性能，擴(kuò)大其適用范圍[14-15]。（4）在丘陵山區(qū)使用保水劑時，由于是荒地改良，還可將保水劑與有機(jī)物料復(fù)配，形成保水保肥性能高的樹脂-有機(jī)物料共聚復(fù)合基質(zhì)改良丘陵地區(qū)荒坡地，以提高丘陵荒坡地的土壤肥力，實現(xiàn)丘陵地區(qū)土壤資源的再利用。

3結(jié)語

將功能型保水劑應(yīng)用于丘陵荒坡地的生態(tài)修復(fù)不僅解決了丘陵地區(qū)荒坡地水土流失嚴(yán)重和土地資源利用率低的問題，同時拓寬了農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用途徑。采用深耕混合實現(xiàn)土肥交融，配合表層固定化技術(shù)等方法實現(xiàn)丘陵地區(qū)荒坡地土壤熟化和保水保肥的作用，對推動江蘇丘陵地區(qū)的改良與利用意義重大。

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