保水剂在烟草生产上的应用

王林虹1，刘宝宜1，姜亚历1，白岗栓，王百群

（1商洛市烟草公司洛南分公司，陕西商洛726100；2西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨凌712100）

保水剂在烟草生产上的应用

王林虹1，刘宝宜1，姜亚历1，白岗栓2，王百群2

（1商洛市烟草公司洛南分公司，陕西商洛726100；2西北农林科技大学水土保持研究所，陕西杨凌712100）

保水剂作为一种新型抗旱材料在农业上得到了广泛应用。介绍了保水剂的概念、原理、特性及分类研究进展，评述了保水剂对烟田土壤及烤烟生长发育的影响。大量研究表明：保水剂在促进烟株生长发育，提高烟叶产量及品质等方面均有较好效果。但在使用中需结合当地土壤情况选择适宜类型的保水剂，并要控制好用量，过多的保水剂会抑制烟草的生长。

保水剂；烟草；土壤

土壤水分是烟草生长发育的重要生态因子，适宜的水分能促进烟株正常生长发育。土壤缺水会导致根系吸水困难，蒸腾失水大于根系吸水，引起烟叶旱黄甚至萎蔫死亡，严重影响产量及品质［1～3］。陕西省作为北方烟区，水分的缺乏导致烤烟的生长发育及产质量受到影响，严重制约了这一地区的发展。导致干旱的原因主要有两方面：一是年平均降水量仅630～730 mm，且大多集中在4、5月，6、7月正值烤烟旺长期但雨水偏少，不能满足生长发育所需；二是土壤保水力不足，该地区主要为黄棕壤，部分为沙壤土，水分流失速度快。保水剂作为一种适合中国国情的高科技抗旱产品，现已逐步应用于水土保持和节水农业，成为许多地区的研究热点。但是针对保水剂在烟草生产上的应用报道较少，笔者就保水剂在烟草生产中的应用进行概述，探讨保水剂在烟田应用上存在的问题及前景。

1 保水剂的特性及分类

1.1 保水剂的原理

保水剂又被称作土壤保水剂、高分子吸水剂（Super absorbent polymers，SAPs），是用强吸水性树脂制成的一种具有超高吸水、保水性能的高分子聚合物。保水剂具有三维网状结构，含有大量的羟基（-OH）、羧基（-COOH）等亲水性官能团，通过吸水和溶胀两种方式吸水［4，5］。其吸水是由于高分子电解质的离子排斥所引起的分子扩张和网状结构引起阻碍分子的扩张相互作用所产生的结果。

1.2 保水剂的特性

（1）吸水性。吸水性包括吸水倍数、吸水速率以及受离子影响程度，三者为衡量保水剂适用性的重要依据。保水剂的吸水倍数是指其所吸收水分质量与自身质量的比值，受保水剂种类、反复失水吸水次数、溶液中离子浓度的影响。吸水速率是指单位时间内保水剂的吸水量，这与保水剂的类型有关。对于坡度较大的土地可选择吸水速率较快的保水剂，以缩短吸水时间，最大限度地保持水分。不同保水剂受离子影响程度不同，北方烟区钙镁离子浓度高，宜选用受离子浓度影响较低的保水剂。

（2）保水性。由于保水剂分子具有交联结构，可将水分吸附于其网络空间内，一般的物理方法无法使水分释出，水分在缓慢释放的过程中为植物所吸收利用［5，6］。但目前的研究层面仅在土壤含水率方面进行分析，然而在传统土壤学中，水分形态分为有效水和束缚水，针对保水剂对不同形态水分的作用研究还很缺乏。

（3）保肥性。保水剂作为高分子电解质，表面分子具有吸附和交换离子的能力，尤其是对K+、NH+4和NO-3有较强的吸附作用。研究表明，当钠类保水剂与尿素混合使用时，因尿素无离子析出，不与钠离子发生交换，所以钠类保水剂与尿素不会产生拮抗作用［4，5］。保水剂对不同质地土壤具有不同程度的保钾作用，其中在砂土中最明显，其次是壤土［7］。

（4）反复吸水性。吸水过程中只发生溶胀而不溶解，是由于保水剂的交联作用使得其在吸水过程中形成凝胶，失水过程中只要分子链未被破坏，吸水能力依然存在［8］。但在多次反复的吸水—失水—吸水过程中吸水倍数会有不同程度的下降。保水剂反复吸水的持效性与保水剂类型、土壤类别及使用量有关，在砂土上具有相对较长的寿命，且与用量呈正相关［9］。

（5）安全性。保水剂pH接近中性，对土壤酸碱度不会有影响［10～13］。其本身无毒无味具有安全性，最终可分解为水、二氧化碳、氨态氮和钾（钠）离子。分解时间与保水剂本身性质、土壤质地以及用量有关，一般需要3～5年。

1.3 保水剂分类

从原料上可分为：淀粉类、纤维素类、合成聚合物类；从形态上可分为：粉末状、薄片状、纤维状、液体状、液态状球状、非固定型；另外也可从亲水化和不溶化等方面进行分类。目前应用较多的为高分子类聚合物，主要分为天然和合成高分子两类。天然高分子主要为淀粉类与合成单体接枝共聚产生，合成高分子主要以聚乙烯醇类或丙烯酸类为主，用合成单体进行交联共聚形成［14］。生产中常见的有：聚丙烯酰胺，白色颗粒状，吸水速率及吸水倍数较低，耐盐性、稳定性较高，使用寿命较长可维持4年；聚丙烯酸钠，白色或浅灰色颗粒状，吸水倍率高，耐盐性及稳定性较差，寿命短，第二年可下降约60%；淀粉接枝丙烯酸盐，白色或淡黄色颗粒状，吸水倍率极好，耐盐性及稳定性差，易于腐烂分解，难以储存，使用寿命最多一年；纤维素类保水剂聚合后需水解，难以形成团聚体，易于流失［12］。

2 保水剂在烟草上的应用

2.1 对烟田土壤环境的影响

由于水具有较大比热容，保水剂在吸水后能够缩小最高和最低地温的差异，有利于提高烟叶还苗期成活率。保水剂施入土壤后能够有效阻隔水分向土壤深层渗透，使水分蓄积于土壤表层，但过小的粒径和过大的保水剂施用量都会迅速降低土壤渗透性［15］。在一定范围内，随着保水剂施用量的增加，土壤容重降低，总孔隙度增加，土壤保水性和透气性得以提升［15～17］。但施用量过大会一定程度地造成土壤结构破坏，引起土壤板结［17］，并且使土壤中的液相增加但气相和固相相应减少，气相减少过多会导致植物缺氧、养分吸收不充分等［18］。对于砂质土壤而言，保水剂能够调节固、液、气相比例，而不引起明显的土壤电导率和结构的破坏［15］。

2.2 对烟草生长发育的影响

黄占斌等［19］研究表明，土壤中保水剂含量在0.05%～1%时还苗期较对照缩短2 d，在3%时与对照相比延后4 d。说明适量的保水剂对烟苗生长发育有促进作用，但用量过多会起延缓作用。刘世亮等［20］研究表明，保水剂的施入会降低烟株株高，其中低剂量（15 kg/hm2）保水剂对株高的降低作用最小，但相比对照其叶长、叶宽、茎围分别增加0.57%、7.19%、1.85%。说明低剂量保水剂对烟叶产量的提升有一定的作用。另外保水剂的施入可以增强植株的抗逆性，尤其是对烟草花叶病的抗性。汪耀富等［21］在河南省卢氏县通过小区试验，研究了不同剂量聚丙烯酰胺对烤烟的影响。结果表明，施入保水剂可降低烟叶比叶重，即单位面积的叶片质量。其中中等剂量（22.5 kg/hm2）效果最明显，上中下部叶比叶重与对照相比分别降低10.7%，16.5%，19.1%，这说明22.5 kg/hm2的保水剂施用后可有效降低烟叶叶片厚度。

2.3 对部分生理指标的影响

刘世亮等［20］在河南舞阳县通过小区试验，研究了不同剂量脱钠处理后的聚丙烯酸钠保水剂对烟叶品质的影响。结果表明，烟叶中全氮含量随着保水剂含量的提升有明显增加，还原糖含量随着保水剂的增加有所降低，但相比于对照处理，施用15 kg/ hm2的保水剂能够有效增加烟叶中还原糖含量，并且该浓度下保水剂能够降低烟叶中的淀粉及烟碱含量。赵铭钦等［22，23］研究表明，适量的保水剂可降低烤后烟叶叶绿素及其降解物的含量，可提高类胡萝卜素及其降解产物的含量。保水剂用量增加，可使烟叶一直保持较高的气孔导度，光合能力增强。

2.4 对经济性状的影响

刘世亮等［20］研究表明，当保水剂施用量达到45 kg/hm2时，烤烟产量产值较对照处理分别降低3.97%、1.47%。中等剂量（30 kg/hm2）保水剂相对于对照处理产值增加明显，达到80.42%，中上等烟比例最高。低剂量（15 kg/hm2）保水剂对产量增加明显，较对照处理增加24.37%。汪耀富等［21］研究表明，当保水剂施用量达到22.5 kg/hm2时，产量、产值、均价、上等烟比例均达到最高值，相较于对照处理分别提升21.2%、34.8%、11.2%、20.3%。

3 结论与建议

综上所述，保水剂是一种优良的保水材料，能够随肥料一同施入土壤而不会产生拮抗作用，能够有效降低烟农的劳动强度，缩短还苗时间，提高移栽成活率。适量的保水剂可以促进烟株的生长发育，提高其产量及品质。因此，开展保水剂在烟草上的应用研究，并将其运用到烟叶生产中具有重要的现实意义。目前研究的热点是保水剂的使用量对烟草生长发育及质量形成的影响，而结果在各研究中有所差异。汪耀富在河南卢氏县用22.5 kg/hm2，刘世亮在河南舞阳县用30 kg/hm2，赵铭钦在吉林延吉用15 kg/hm2的保水剂分别获得最佳效果。这是由于使用量受当地土壤pH、土壤类型、降水量、蒸发量、使用的保水剂类型等方面综合影响，所以将保水剂应用到烟草生产中应根据当地情况加以试验后确定具体用量。另外，保水剂连续使用一年后，在土壤中有部分降解，要结合保水剂类型、土壤质地等因素综合考虑，使下一年的施用量有据可循，形成标准的科学规范。在保水剂的安全性方面，已有的报道主要是研究对土壤理化性质的影响，建议对土壤微生物方面的影响加以研究，可利用测定有机态氮转化为铵态氮或者铵态氮转化为硝态氮的速率、土壤微生物生物量及呼吸等，来建立和完善保水剂的安全性评估。

［1］ 刘国顺.烟草栽培学［M］.北京：中国农业出版社，2003.212-213.

［2］ 孙梅霞，汪耀富，张全民，等.烟草生理指标与土壤含水量的关系［J］.中国烟草科学，2000（2）：36-39.

［3］ 冉 舞，陆引罡，马军.烤烟保水剂与抗蒸腾剂使用技术研究［J］.江苏农业科学，2015，43（4）：119-121.

［4］ 黄占斌，张国桢，李秧秧，等.保水剂特性测定及其在农业中的应用［J］.农业工程学报，2002，18（1）：22-26.

［5］ 庄文化，冯 浩，吴普特.高分子保水剂农业应用研究进展［J］.农业工程学报，2007，23（6）：265-270.

［6］ 林文杰，马焕成，周 蛟.干旱胁迫下不同保水剂处理的水分动态研究［J］.水土保持研究，2004，11（2）：121-124.

［7］ 范 富，张庆国，侯迷红，等.保水剂对不同质地土壤保肥性影响的研究［J］.干旱地区农业研究，2013，31（6）：115-120.

［8］ 张富仓.BP保水剂及其对土壤与作物的效应［J］.农业工程学报，1999，15（4）：74-78.

［9］ 李云开，杨培岭，刘洪禄.保水剂农业应用及其效应研究进展［J］.农业工程学报，2002，18（2）：182-186.

［10］田 巍，李天一，白福臣，等.保水剂研究进展及应用［J］.化工新型材料，2009，37（2）：11-14.

［11］赵永贵.保水剂的开发及应用进展［J］.中国水土保持，1995，6（5）：52-54.

［12］张宝军.保水剂在农业上的应用现状及前景分析［J］.水土保持研究，2002，9（2）：51-54.

［13］张 蕊，白岗栓.保水剂在农业生产中的应用及发展前景［J］.农学学报，2012，2（7）：37-42.

［14］杨连利，李仲谨，邓娟利.保水剂的研究进展及发展新动向［J］.材料导报，2005，19（6）：42-44.

［15］李 兴，蒋 进，宋春武，等.不同粒径保水剂吸水特性及其对土壤物理性能的影响［J］.干旱区研究，2012，29（4）：609-614.

［16］崔 娜，张玉龙，白丽萍，等.不同粒径保水剂对土壤物理性质和番茄苗期生长的影响［J］.核农学报，2011，25（1）：127-130.

［17］杨红善，刘瑞凤，张俊平，等.PAAM-atta复合保水剂对土壤持水性及其物理性能的影响［J］.水土保持学报，2005，19（3）：38-41.

［18］李 希，刘玉荣，郑袁明，等.保水剂性能及其农用安全性评价研究进展［J］.环境科学，2014，35（1）：394-400.

［19］黄占斌，万会娥，邓西平，等.保水剂在改良土壤和作物抗旱节水中的效应［J］.土壤侵蚀与水土保持学报，1999，5（4）：52-55.

［20］刘世亮，刘 芳，化党领，等.抗旱保水剂对烤烟生长及品质的影响研究［J］.干旱地区农业研究，2007，25（4）：109-113.

［21］汪耀富，韩富根，刘国顺，等.聚丙烯酰胺对旱区烤烟生理特性及烟叶产量和品质的影响［J］.河南农业大学学报，2004，38（3）：263-266.

［22］赵铭钦，赵进恒，韩富根，等.保水剂对烤烟质体色素及其降解产物的影响［J］.土壤，2010，42（6）：1020-1024.

［23］赵铭钦，赵进恒，张 迪，等.保水剂对烤烟光合特性日变化的影响［J］.中国农业科学，2010，43（6）：1265 -1273.

App lication of Super Absorbent Polymers in Tobacco Leaf Production

WANG Linhong1，LIU Baoyi1，JIANG Ya li1，BAIGangshuan2，WANG Baiqun2

（1 Luonan Branch，Shangluo Tobacco Company，Shangluo，Shaanxi726100，China；2 Institute of Soil and Water Conservation，Northwest A&F University，Yangling，Shaanxi712100，China）

As a new material to drought resistingmaterial，super absorbent polymers（SAPs）waswidely used in agriculture. The concept，principle，characteristics and classification of the SAPs were introduced.The effects of SAPs on the tobacco field soil，the growth and development of flue-cured tobacco were reviewed.A large number of studies indicated that：SAPs showed obvious effect to promote tobacco growth and development，improve its yield and quality.But the suitable type and the proper quantity of SAPs should be used for better effect，because toomuch of SAPsmay inhibit tobacco growth.

super absorbent polymer；tobacco；soil

S572.07

A

1001-5280（2017）01-0099-04

10.16848/j.cnki.issn.1001-5280.2017.01.25

2016 08 29

王林虹（1989-），女，硕士研究生，Email：wlh_tobacco@163.com。

中国烟草总公司陕西省公司科技项目（K4030216083）。