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第一章 保水剂农业应用及其效应研究进展（第1页）

第一节研究背景

中国是一个农业和人口大国，农业作为最重要的基础产业，其农业现代化水平和生产力水平较低，其中主要的制约因素是水资源短缺。

根据相关资料，我国多年人均水资源量为2000m3，不足世界人均水平的14，预计到2030年，在降水情况不改变的条件下，人均水资源量将逼近国际上公认的严重缺水警戒线1700m3！

因此，我国的水资源形势非常严峻（李继成，2008）。

干旱是我国最常见、对农业生产影响最大的自然灾害，干旱受灾面积占农作物总受灾面积的一半以上，严重干旱年份比例高达75%。

水是农业的命脉，也是整个国民经济和人类生活的命脉。

特别是2009年秋季以来，我国西南部分地区持续少雨，气温偏高，遭遇严重旱灾。

这次灾害影响范围广、程度重。

西南部分地区严重气象干旱已对群众生活、农业生产、塘库蓄水、森林防火等造成极大影响。

干旱导致云南、贵州、广西、四川部分地区出现人畜饮水困难。

这次持续干旱严重影响了西南5省市的农业生产。

农业是我国的用水大户，根据有关部门预测，到2030年农业缺水达500~700亿m3（李常亮，2010）。

鉴于水资源短缺、水土流失严重两大问题，抗旱节水和保持生态环境已成为我国农业面向未来可持续发展的重要选择。

因此，我国政府提出大力发展节水农业。

经过不断试验研究和生产实践，化学节水技术已经成为一种现代农业生产中即具有现实应用价值、更具发展前景的新技术（华孟和苏宝林，1989；黄占斌等2003；吴德瑜，1991）。

实行旱地农业节水技术，科学地利用有限的区域水资源，提高旱地农业区的水分生产效率，促进旱地农业的高效发展，是现代旱地农业发展的必由之路。

保水剂是化学节水材料的一种，又称高吸水剂，它能迅速吸收比自身重数百倍甚至上千倍的纯水，而且具有反复吸水功能，保水剂所吸持的大部分水分可释放供作物吸收利用。

同时，保水剂可以改良土壤结构，提高土壤的水分保持，提高水肥的利用率（Moslemi，etal。

，2011；穆俊祥等，2016；李荣等，2021）。

当土壤中加入保水剂后，保水剂在土壤中吸水膨胀，把分散的土壤颗粒粘结成团块状，使土壤容重下降，孔隙度增加，调节土壤中的水、汽、热状况而有利于作物生长（庄文化等，2007）。

保水剂具有吸附、离子交换作用，肥料溶液中离子能被保水剂中的离子交换，可减少肥料的淋失（黄占斌等，2016）。

宁夏中部半干旱偏旱区年降雨量250mm左右，降雨主要集中在7-9月份。

水分不足和年降雨量分布不均严重限制作物的生长（Wang，etal。

，2009）。

由于该地区土地肥力瘠薄，气候干旱少雨，土壤沙化严重、保水保肥性能差，同时，在农业生产中仍存在着用水效率不高、土壤肥力难以维持等突出问题（李小炜等，2016），导致作物单产水平很低，制约着当地经济的发展（廖佳丽等，2009a）。

因此，抗旱保水和提高土壤肥力已成为该区提高宁夏当地特色优势作物生产力和农业可持续发展的重要选择。

因此，项目分别在宁夏同心扬黄灌区和盐环定灌区，以马铃薯和春玉米为研究对象，主要开展保水剂的保水保肥效应及对马铃薯、玉米生长发育、养分吸收以及水分利用效率的影响进行大田试验，研究其作用机制，探寻适合旱地马铃薯和玉米田保水剂的种类及最佳施用量，为宁夏农业节水增产、提高水肥利用效率和现代高效节水农业的发展提供理论依据和技术支持。

第二节保水剂的作用原理研究进展

干旱是制约我国农业生产与发展的一个重要因素，水资源的合理开发与利用迫在眉睫（王春芳等，2019）。

我国是13个贫水国家之一，新型保水剂的研制和利用是提高我国水资源利用率的有效手段之一（李备等，2016）。

保水剂是一种化学抗旱节水材料，可以提高土壤持水力，改良土壤结构，吸附土壤速效养分，减少养分的淋溶流失，实现保水保肥的作用（黄占斌等，2016）。

保水剂是利用强吸水性树脂制成的一种具有超高吸水保水能力的高分子化合物颗粒剂。

这类物质含有大量结构特异的强吸水基团，可吸收自身重量的数百倍至上千倍的纯水（JanardanandSingh，1998）。

这些被保水剂吸附的水能够慢慢释放出来供土壤、植物利用，遇到外界来水时保水剂能够继续膨胀吸水达到蓄水作用。

由于分子结构交联，能够将吸收的水分全部凝胶化，分子网络所吸水分不能用一般物理方法挤出，因而具有很强的保水性。

其溶于水后溶液呈弱碱性或弱酸性、无毒、无刺激性，使用时安全（庄文化等，2007）。

因此在农业生产、水土与保持和环境治理等方面等到广泛应用，发展前景广阔。

一、保水剂的研发历程与现状

保水剂的研制起源于20世纪中期，最初在美国研制成功后世界许多国家都致力于对其进行创新研究（赵元霞等，2016）。