2.2.1　緩釋腐植酸保水劑的吸液性能

在緩釋腐植酸保水劑的制備過程中，溫度、引發(fā)劑、交聯(lián)劑、親水性基團(tuán)的比例等因素都會(huì)對(duì)保水劑的最終吸液性能產(chǎn)生影響。在緩釋腐植酸保水劑中，腐植酸的含量是影響其最終吸液性能的不可忽略的因素。Li等人[6]合成了聚丙烯酸/腐植酸鈉(PAA/SH)保水劑，結(jié)果顯示，適量腐植酸的引入可以大大提高PAA/SH保水劑在蒸餾水和生理鹽水中的吸水倍率，即使引入40%的腐植酸，所得保水劑的吸水倍率仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單純的PAA。初茉等人[17]以風(fēng)化褐煤為原料制備了腐植酸(HA)，采用溶液聚合法合成了聚丙烯酸鈉(PSA)保水劑，通過表面交聯(lián)反應(yīng)將HA與PSA復(fù)合，制得一種表面交聯(lián)型腐植酸-聚丙烯酸鈉保水劑(HA-PSA)。結(jié)果表明，單純的PSA對(duì)去離子水和自來水的吸水倍率分別為720 g/g和180 g/g，當(dāng)樹脂中含有10%HA時(shí)，HA-PSA對(duì)去離子水和自來水的吸水倍率分別為750 g/g和260 g/g，說明HA的加入大大提高了保水劑對(duì)自來水的吸收能力，即使保水劑的耐鹽性能大大改善。Zhang等人[8]制備了聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)/腐植酸鈉保水劑(P(AA-co-AM)/SH)，結(jié)果表明，當(dāng)SH含量在0～30%之間時(shí)，吸水倍率隨SH含量增加，由678 g/g增至1184 g/g；當(dāng)SH含量超過30%時(shí)，隨其含量增加，吸水倍率逐漸降低。然而，即使當(dāng)SH含量為40%，P(AA-co-AM)/SH的吸水倍率仍高于800 g/g，遠(yuǎn)高于同條件下P(AA-co-AM)的吸水倍率。Hua和Wang[18]在水溶液中通過淀粉(St)、AA和SH接枝共聚反應(yīng)制備了St-g-PAA/ SH保水劑。結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)溫度為70 ℃，AA與St的重量比為7，引發(fā)劑和交聯(lián)劑用量分別為3.0%，SH用量為7.7%時(shí)，保水劑具有最優(yōu)的吸水倍率1100 g/g。此外，該作者還將海藻酸鈉(SA)引入到保水劑中，制備得到SA-g-PAA/SH保水劑，發(fā)現(xiàn)引入10%含量的SH將保水劑的吸水倍率從840 g/g提高到1380 g/g[15]。綜上所述，在保水劑制備過程中，引入適量的腐植酸有利于提高保水劑的吸水倍率和耐鹽性能。

此外，在較大的pH應(yīng)用范圍內(nèi)，緩釋腐植酸保水劑都擁有較高的吸水倍率。Zhang等人[11]考察了溶液pH對(duì)聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)/腐植酸鈉/凹凸棒土(P(AA-co-AM)/SH/APT)吸水倍率的影響。結(jié)果顯示，在pH=4.5～10時(shí)，P(AA-co-AM)/SH/APT的吸水倍率基本保持不變。Liu和Wang[14]考察了殼聚糖接枝聚丙烯酸/腐植酸鈉(CTS-g-PAA/SH)保水劑在不同pH值溶液中的溶脹行為。結(jié)果表明，CTS-g-PAA/SH保水劑在pH=4～10范圍內(nèi)時(shí)，吸水倍率基本上保持不變。這種溶脹行為可以通過-COO-和-COOH之間的緩沖作用來解釋。因?yàn)樵谌跛峄蛉鯄A環(huán)境中，-COO-官能團(tuán)和-COOH官能團(tuán)之間可以相互轉(zhuǎn)變。而當(dāng)pH值位于2～4和11～13時(shí)，由于緩沖作用的消失導(dǎo)致了吸水倍率的降低。當(dāng)溶液的pH值太高時(shí)，溶液中的大部分-COOH會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)?COO-，將會(huì)導(dǎo)致溶液中反離子屏蔽效應(yīng)的增加而造成吸水倍率的降低。當(dāng)溶液的pH值太低時(shí)，溶液中的大部分-COO-會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)?COOH，將會(huì)導(dǎo)致聚合物鏈之間排斥作用的降低，同樣也造成了吸水倍率的下降。鄭易安等[19]將膨潤(rùn)土(MMT)和SH引入到P(AA-co-AM)中，得到一種腐植酸保水劑。該保水劑在較低的pH(pH<4)或較高的pH(pH>11)時(shí)的吸水倍率較低，而在pH位于4～11之間時(shí)，吸水倍率變化不大。在實(shí)際應(yīng)用中，土壤的pH值是不盡相同的，通常農(nóng)用土壤的pH值在5～8之間。因此，緩釋腐植酸保水劑能夠滿足農(nóng)用土壤的需求。

對(duì)一種新型保水劑來說，反復(fù)吸水性能也是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?？疾炀忈尭菜岜Ｋ畡┑姆磸?fù)使用情況對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有很好的指導(dǎo)作用。在生長(zhǎng)期農(nóng)作物的灌溉次數(shù)一般為4～8次。鄭易安等[19]考察了腐植酸保水劑的反復(fù)吸液性能。結(jié)果顯示，腐植酸保水劑的初始吸水倍率為615 g/ g，隨著使用次數(shù)的增加，保水劑吸水倍率出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但在5次反復(fù)吸液之后，吸水倍率仍可達(dá)初始吸水倍率的68%以上，表明所合成的緩釋腐植酸保水劑具有較好的重復(fù)使用性能，可滿足農(nóng)作物在生長(zhǎng)時(shí)的節(jié)水需求。華水波等人[20]考察了聚(丙烯酸-co-丙烯酰胺)/蛭石/腐植酸[P(AA-co-AM)/EVMT/SH]保水劑反復(fù)溶脹5次的吸水情況。結(jié)果顯示，P(AA-co-AM)/EVMT經(jīng)過5次反復(fù)吸水后，吸水倍率為最初的51%，而含有10%和30%SH的P(AA-co-AM)/EVMT/SH保水劑的吸水倍率分別為最初的60%和63%，說明SH的引入提高了保水劑的反復(fù)吸液性質(zhì)。

2.2.2　緩釋腐植酸保水劑的保水性能

與不加保水劑的土壤保水率相比，加入緩釋腐植酸保水劑P(AA-co-AM)/MMT/SH后，土壤保水率隨著保水劑用量的增加而增加。10 d之后保水劑含量為0、0.1%、0.5%和1.0%的土壤保水率分別為0.75%、0.98%、18.5%和30.1%；而20 d之后，含1.0%緩釋腐植酸保水劑的土壤仍有6.95%的保水率[19]，說明緩釋腐植酸保水劑節(jié)水材料在農(nóng)業(yè)和生態(tài)恢復(fù)等方面可發(fā)揮重要作用。Zhang等[8]考察了含30% SH的P(AA-co-AM)/SH在沙土中的實(shí)際保水能力。發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間延長(zhǎng)，沙土中水分含量逐漸減少；含P(AA-co-AM)/SH的沙土具有較高的保水能力。對(duì)照在15d時(shí)基本失去全部水分；含0.1% P(AA-co-AM)/SH的沙土在20d時(shí)才失去全部水分；含0.5%和1.0% P(AA-co-AM)/SH的沙土在20 d時(shí)，仍保持了初始所吸水分的24.75%和33.45%。王文波和王愛勤[21]考察了瓜爾膠接枝聚丙烯酸/腐植酸鈉(GG-g-PAA/ SH)保水劑在沙土中的保水性能后發(fā)現(xiàn)，與不含保水劑的沙土相比，含GG-g-PAA/SH保水劑的沙土表現(xiàn)出了較慢的水蒸發(fā)速度?？梢?，緩釋腐植酸保水劑可明顯改善土壤的保水性能，進(jìn)而提高作物的抗旱性。

保水劑有效使用的前提是有可以吸收的水分，而保水劑本身并不能增加土壤中的水分，所以保水劑能夠保水，其實(shí)質(zhì)作用是通過保水劑的吸水作用增強(qiáng)土壤吸水能力，減少土壤中水分的蒸發(fā)和滲透損失，從而保存更多的水分[22～24]。

2.2.3　緩釋腐植酸保水劑的緩釋功能

由于常規(guī)肥料水溶性高、養(yǎng)分釋放快、釋放期短，一次施肥法的肥料養(yǎng)分釋放期及強(qiáng)度通常與作物養(yǎng)分吸收期及強(qiáng)度不相吻合，釋放的養(yǎng)分不能及時(shí)被吸收利用，肥料養(yǎng)分損失很大，肥料養(yǎng)分利用率低。分次施肥雖可避免一次施肥問題，改善作物不同生育期肥料養(yǎng)分的供應(yīng)，但對(duì)于現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)來說，分次施肥繁瑣而成本高[25]。近年來，研究開發(fā)的緩釋腐植酸保水劑將保水劑保水功能、控制釋放技術(shù)與肥料通過工藝技術(shù)復(fù)合于一體，能有效延緩腐植酸的釋放，并極大地降低常規(guī)肥料養(yǎng)分損失，提高肥料養(yǎng)分利用率。

在緩釋腐植酸保水劑中，腐植酸是以兩種狀態(tài)存在：物理填充和化學(xué)鍵合[26]。以物理填充方式存在的腐植酸釋放較快，而以化學(xué)鍵合方式存在的腐植酸釋放較慢，因此使得腐植酸保水劑能夠保持較長(zhǎng)時(shí)間的腐植酸釋放功能。緩釋腐植酸保水劑施入土壤后，還能顯著降低常規(guī)肥料養(yǎng)分揮發(fā)和淋溶損失。保水劑的骨架是一個(gè)適度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可讓一些小分子或離子如CO(NH2)2、NH4+、NO3-擴(kuò)散進(jìn)入。進(jìn)入到保水劑分子內(nèi)部的養(yǎng)分離子或分子，可以暫時(shí)被溶脹的保水劑分子包裹起來，也可通過靜電引力、范德華力、離子交換、離子吸附、螯合等機(jī)制而暫時(shí)固定下來延緩養(yǎng)分的釋放[27]。雖然肥料中存在的一些元素會(huì)降低保水劑的吸水量，但保水劑的存在卻提高了土壤對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸附力，減少了肥料的淋失，提高了土壤保肥能力，并起到增效緩釋的作用。因此，緩釋腐植酸保水劑既可以保持保水劑在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的諸多優(yōu)點(diǎn)，又能給作物緩慢釋放養(yǎng)分，在提高化肥利用率的同時(shí)，減少了由于大量使用普通化肥所造成的環(huán)境污染問題，具有潛在的應(yīng)用前景。