11高分子保水材料在環(huán)境治理中的應(yīng)用11.1高分子保水材料研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展11.2高分子保水材料合成技術(shù)途徑11.3高分子保水材料作用原理及其在水肥保持中應(yīng)用11.4高分子保水材料在污染治理中應(yīng)用11.5高分子保水材料發(fā)展趨勢本章內(nèi)容11.1高分子保水材料研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展本節(jié)內(nèi)容國家對(duì)保水劑研發(fā)和應(yīng)用非常重視，“十五”863項(xiàng)目列“新型多功能保水劑系列產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)”課題，“十一五”863項(xiàng)目“綠色環(huán)保多功能節(jié)水制劑”課題，“十二五”國家863項(xiàng)目繼續(xù)設(shè)立該課題研究[19]。高分子保水材料按其原料和合成途徑可分為淀粉類化合物、纖維素類合成物和聚合物三種類型。我國高分子保水材料研制和應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代中期，發(fā)展較快。當(dāng)時(shí)全國有40余個(gè)單位研究開發(fā)，并陸續(xù)應(yīng)用于農(nóng)林生產(chǎn)領(lǐng)域，但未批量化。90年代以來，一批新型保水劑廠家和產(chǎn)品陸續(xù)問。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著干旱和土壤退化加劇，以及化學(xué)節(jié)水研究深入，高分子保水材料的研究與應(yīng)用開發(fā)出現(xiàn)新的熱潮。目前，高分子保水材料按照化學(xué)組成和功能特點(diǎn)可分為高分子聚丙烯酸鹽類高分子保水材料，有機(jī)—無機(jī)復(fù)合類高分子保水材料，以及多功能類高分子保水材料三類。11.1高分子保水材料研發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展11.2高分子保水材料合成技術(shù)途徑高分子保水劑的合成，主要是天然親水性單體經(jīng)交聯(lián)劑和引發(fā)劑等助劑發(fā)生合成反應(yīng)而成，其合成反應(yīng)類型可分三種[3]：接枝共聚反應(yīng)羧甲基化反應(yīng)交聯(lián)反應(yīng)

保水劑自身吸水、保水和釋水原理11.3高分子保水材料作用原理及其在水肥保持中應(yīng)用11.3.1高分子保水材料的作用原理高分子保水劑促進(jìn)土壤改良和水分保持效應(yīng)原理高分子保水劑提高肥料、農(nóng)藥等農(nóng)化產(chǎn)品利用效率原理保水劑調(diào)節(jié)植物生理節(jié)水效應(yīng)原理（1）水肥保持及其高效利用與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展問題

水是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，我國農(nóng)業(yè)年用水約4.0×1011m3,占全國總用水的71%左右，其中約90%為農(nóng)田灌溉[11]。肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境治理的重要應(yīng)用物質(zhì)。（2）高分子保水劑促進(jìn)水肥保持及其高效利用的進(jìn)展水分保持增效。主要包括土壤水分保持、土壤改良和植物生理節(jié)水效應(yīng)三方面。肥料緩釋增效。目前,對(duì)氮、磷肥等肥料的保持增效的單項(xiàng)研究有一些積累，但對(duì)水肥保持效應(yīng)過程機(jī)理研究不足，缺乏SAP對(duì)氮、磷肥復(fù)合下的水肥保持效應(yīng)機(jī)理及其過程，特別是土壤重金屬污染下SAP對(duì)氮磷肥復(fù)合保持效應(yīng)機(jī)理。11.3.2高分子保水材料在土壤水肥保持中的應(yīng)用11.4.1土壤重金屬污染及其危害

隨著社會(huì)經(jīng)快速發(fā)展，不合理農(nóng)業(yè)施肥、污水灌溉、污泥應(yīng)用使土壤重金屬污染已嚴(yán)重威脅我國生態(tài)環(huán)境安全。重金屬污染導(dǎo)致土壤退化、作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低，還通過食物鏈危害人體健康。2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》表明，我國土壤重金屬總超標(biāo)率為16.1%，其中耕地達(dá)19.4%，Cd、Pb、Ni點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、1.5%4.8%。在分布上，南方土壤污染重于北方，礦區(qū)周邊和城郊污灌區(qū)是重金屬污染的重點(diǎn)地區(qū)。24個(gè)?。ㄊ校┕さV、城郊320污灌點(diǎn)中，重金屬超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品量占總污染超標(biāo)的80%以上，Cd、Hg、Pb、Cu及其復(fù)合污染明顯。據(jù)報(bào)道[31]，我國重金屬污染導(dǎo)致年糧食減產(chǎn)量1000萬t以上，被污染糧食達(dá)1200萬t，經(jīng)濟(jì)損失200億元。11.4高分子保水材料在污染治理中應(yīng)用11.4.2高分子保水劑與土壤重金屬污染治理

重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要有工程措施、物理化學(xué)、化學(xué)改良和生物措施等，其中研究與應(yīng)用較多的主要是生物修復(fù)技術(shù)和化學(xué)固化修復(fù)技術(shù)。目前，重金屬固化修復(fù)材料主要有黏土礦物、磷酸鹽、沸石等無機(jī)礦物吸附材料，以及有機(jī)肥及微生物等。11.4高分子保水材料在污染治理中應(yīng)用處理方式大豆玉米植株干重g/pPb含量(ug/kg)Cd含量(ug/kg)

植株干重g/pPb含量(ug/kg)Cd含量(ug/kg)復(fù)合F1（FM+SAP+HA+FS）

0.449b3.16a11.51a0.507a3.58a17.11a復(fù)合F2（FS+HA+SAP）0.329ab4.09a14.62ab0.560a3.89a14.44a復(fù)合F3（FM+SAP+HA）0.294a4.15a9.87a0.446a5.77a12.83a腐殖酸（HA）0.383b6.14b14.56ab0.311a10.76b24.33b高分子保水劑（SAP）0.261a4.10a9.16a1.128c3.47a11.27a粉煤灰（FM）0.207a6.21b13.08ab0.880b4.05a20.47ab沸石（FS）0.307b3.82a14.16ab0.274a11.14b29.86b對(duì)照（CK）0.278b13.31c21.70c0.406a11.75b70.70c表11-2環(huán)境材料對(duì)大豆、玉米植株干重和吸收土壤重金屬Pb、Cd影響11.5高分子保水材料發(fā)展趨勢

高分子保水材料的發(fā)展已經(jīng)引起世界各國高度關(guān)注，從而有了飛速發(fā)展。對(duì)于保水劑農(nóng)用的發(fā)展，主要包括三方面：

（1）加強(qiáng)高分子保水材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

（2）加強(qiáng)低成本、長效、多功能、復(fù)合、專用保水劑研制

（3）建立高分子保水材