鄭易安1，2 張俊平1 王愛(ài)勤1

（1 中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所 蘭州 730000

2 中國(guó)科學(xué)院研究生院 北京 100049）

摘　要：近年來(lái)緩釋肥料保水劑受到了人們的廣泛關(guān)注，由于它既有保水性能又具有緩釋肥料的功能，已在農(nóng)業(yè)、園藝等領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用。腐植酸分子中含有多功能基團(tuán)，是一種低成本、多功能的物質(zhì)，它能調(diào)控植物生長(zhǎng)，加速根系發(fā)育，改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有益于營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，將它與烯類單體共聚可賦予緩釋肥料的功能。本文綜述了近年來(lái)腐植酸保水劑的研究進(jìn)展，并展望了未來(lái)的研究方向。

關(guān)鍵詞：腐植酸 保水劑 緩釋 低碳

Superabsorbent with Slow-Release Humic Acid: Past, Present and Future

Zheng Yian1,2, Zhang Junping1, Wang Aiqin1

(1 Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, 730000

2 Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049)

Abstract: In recent years, studies on superabsorbents with slow-release property of fertilizer have attracted much attention. Comparing with the normal superabsorbents, these superabsorbents have great advantages due to their not only water absorbing ability but also slow-release properties. So, these superabsorbents can be used as functional water management materials and may prove especially practical in agricultural and horticultural applications. Humic acid, a low cost raw material and good fertilizer, is composed of multifunctional aliphatic and aromatic components. Also, humic acid can regulate plant growth, accelerate roots development, improve soil cluster structures and benefit the absorption of nutrient elements. The chemical blending by means of graft copolymerization reaction of acrylic acid and humic acid can endow the superabsorbent additional slow-release property of fertilizer as a multifunctional water management material. This article reviews the progress in superabsorbent with slow-release humic acid in recent years, and proposes the future research directions.

Key words: humic acid; superabsorbent; slow-release; low-carbon

“低碳經(jīng)濟(jì)”的提出，其本質(zhì)是提高能源效率和優(yōu)化清潔能源結(jié)構(gòu)。

腐植酸是自然界中存在的大分子有機(jī)物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于農(nóng)林牧、石油、化工、建筑材料、醫(yī)藥衛(wèi)生和環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域。腐植酸是地球碳循環(huán)的重要物質(zhì)，在土壤、水體和大氣中無(wú)處不在，其本身就是“減壓器”“儲(chǔ)碳庫(kù)”“調(diào)控閥”。“減壓器”是指腐植酸改良土壤、構(gòu)建食品源頭安全體系、凈化環(huán)境?！皟?chǔ)碳庫(kù)”是指腐植酸穩(wěn)氨固碳的作用，能夠減少溫室氣體排放?！罢{(diào)控閥”是指腐植酸在抑制化肥揮發(fā)的同時(shí)延長(zhǎng)肥效，滿足作物生長(zhǎng)需要。因此，腐植酸是最有發(fā)展前途的綠色低碳產(chǎn)業(yè)，將對(duì)我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、資源再利用和環(huán)境保護(hù)等發(fā)揮重要作用[1]。

水是地球上最為豐富的資源，也是人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)不可缺少的重要資源和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。然而世界上1/3的地區(qū)卻屬于干旱和半干旱地區(qū)，其他地區(qū)也常出現(xiàn)周期性或難以預(yù)料的干旱。干旱缺水已成為世界范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因素。灌溉是增加土壤水分的常用方法，但由于一般土壤的持水能力低，且容易蒸發(fā)。長(zhǎng)期以來(lái)，為了增加土壤的持水力和保水力，改善水分不足地區(qū)的作物栽培條件，人們進(jìn)行了艱苦的探索，保水劑就是這種不斷探索的成果之一。

保水劑是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種化學(xué)節(jié)水材料。保水劑吸水機(jī)理如下：當(dāng)保水劑遇水時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大量的親水性基團(tuán)與水分子發(fā)生相互作用，使高分子網(wǎng)絡(luò)伸展，同時(shí)聚合物鏈上的離子性基團(tuán)發(fā)生電離，三維網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓，促使水分子進(jìn)一步向聚合物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)擴(kuò)散，高分子鏈上同性電離基團(tuán)之間的靜電斥力使分子鏈趨于伸展，導(dǎo)致體積膨脹；同時(shí)，樹脂內(nèi)外的滲透壓差隨吸水量的增加漸漸趨近于零，并且隨三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)擴(kuò)張產(chǎn)生的彈性收縮力逐步增大。當(dāng)這種彈性收縮力與同性電離基團(tuán)之間的靜電斥力相等時(shí)，保水劑達(dá)到溶脹平衡。通常保水劑能吸收比自身重?cái)?shù)百倍甚至上千倍的純水，而且有反復(fù)吸水功能，吸收的水分可緩慢釋放供作物利用。

保水劑是一種親水性高分子材料，通常采用含羧基、羥基或氨基等親水性單體，在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下，發(fā)生聚合、水解、交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)，形成不溶于水，但在水中能高度溶脹的三維網(wǎng)狀聚合物。由于具有良好的吸水保水性能，保水劑在農(nóng)業(yè)上被譽(yù)為“微型水庫(kù)”。作為一種化學(xué)節(jié)水材料，保水劑施入土壤之后，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)也有良好的促進(jìn)作用，同時(shí)對(duì)化肥、農(nóng)藥、殺蟲劑及植物生長(zhǎng)助劑等也具有網(wǎng)絡(luò)吸附作用，從而可提高化肥、農(nóng)藥和植物生長(zhǎng)助劑等的使用效率。因此，保水劑無(wú)疑是節(jié)水、保水和土壤改良等研究領(lǐng)域中引人關(guān)注的方向之一[2～4]。

由于腐植酸具有良好的化學(xué)活性和生物活性，將腐植酸作為合成保水劑的原料制備腐植酸保水劑，既能發(fā)揮腐植酸刺激植物生長(zhǎng)發(fā)育、增加作物的抗逆性、改善植物營(yíng)養(yǎng)的功效，又能提高土壤的保水保肥能力，且同時(shí)可大幅度降低對(duì)石油能源的依賴，提高化肥使用效率，減少肥料的消費(fèi)量，達(dá)到低碳減排的目的。為此，研究開發(fā)緩釋腐植酸保水劑對(duì)我國(guó)現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展和生態(tài)修復(fù)具有重要意義。