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摘要：我国幅员辽阔，其中大部分地区属于干旱和半干旱气候区，发展节水农业对于我国实现可持续发展的战略目标具有举足轻重的地位。近年来，随着科技的进步，保水剂作为一种新型高分子材料崭露头角。由于保水剂独特的分子结构，其能够吸收并锁定高达自身重量数百倍甚至上千倍的去离子水，且其吸附的大部分水分均可被植物有效吸收利用。此外，将保水剂应用于土壤中，不仅能够有效提升土壤的吸水保肥效能，还能优化土壤团粒结构，进而减少水土流失现象，为农业生产的可持续发展提供坚实的保障。

关键词：生物炭基；保水剂；腐植酸；干旱胁迫

中国干旱半干旱区总面积为 455 万 km2，占国土总面积的 47%[1]。高效利用水资源是旱区农业可持续发展的关键措施，包括节水灌溉、雨水收集和利用、推广耐旱作物品种等。同时，还需要加强水资源管理和监测，确保水资源的可持续利用[2]。高吸水树脂（SuperAbsorbent Polymer，SAP）是一种含有羟基、羧基等强亲水性基团，且拥有特定交联度的新型功能高分子材料，我国研发和应用 SAP 经历了三次重大发展[3]。20 世纪80 年代，全国范围内有 40 多个科研院所投入到相关研发工作中，其成果在植树造林和旱区土壤改良等领域得到了实际应用。进入 90 年代后期，新型 SAP 的研制步伐加快，广泛的应用研究使得其使用范围逐步扩大，从而形成了 SAP 研发应用的第二次高峰。自 21 世纪以来，面对气候变化、植树造林和抗旱节水等日益严峻的挑战，SAP 产品的研发和应用逐渐拓展至土壤改良、城市绿化和荒坡造林、水土保持、边坡治理、矿区废弃地复垦等多个领域，并与保水肥料等新型肥料的研发紧密结合，形成了 SAP 研发与应用的第三次高潮[4]。在这一过程中，复合、多功能和低成本保水剂的发展成为了重要的方向。

1 保水剂的结构与原理

保水剂是一种三维网状结构聚合物，其内部富含多种强亲水基团，诸如羧基、磺酸基、酰胺基及羟基等。保水剂的吸水是一个很复杂的过程，由于保水剂中含有大量的亲水基团，当保水剂与水接触时，水分子与其中的亲水基团的氢键结合，并在水分子的作用下进行电离，电离的阴离子固定在高分子链上，随着电离的进行，网络中的阴离子不断增多，通过离子排斥作用使得树脂溶胀。但随着阴离子的增加，导致保水剂内外部产生渗透压，使得外部水分子进入到内部，随着内外压力平衡，保水剂达到饱和，最终形成水凝胶[5]。

2 保水剂的研究发展

2.1 聚丙烯酰胺保水剂

聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）是一种多功能表面改性物质，在石油开采、农业及水处理等多个领域发挥着重要作用。PAM 作为絮凝剂、表面活性剂、增稠剂、土壤改良剂和保水剂等使用，具有广泛的应用前景和市场需求[6]。在土壤中施用 PAM 后可以增加土壤团聚性，稳定土壤结构，防止土壤流失和抑制土壤水分蒸发及发挥保水保肥等作用，然而受到 PAM 的成本以及特性的影响，将其运用到现有农业生产上还存在着一定的困难[7]。目前，市面上生产吸水树脂的主要方法就是溶液聚合法，溶液聚合法的反应过程大致为以丙烯酸添加量为基准值，其他各组分参照聚丙烯酰胺添加量按比例添加，先称取一定量丙烯酸放入烧杯中，再称取一定比例的 NaOH，用玻璃棒混合均匀进行中和，再加入一定比例的交联剂和引发剂，引发剂一般为硫酸铵，在室温条件下机械搅拌均匀。按照水溶液聚合法要求，添加一定基金项目：2023 年塔里木大学大学生创新创业训练计划项目（202310757035）；塔里木大学校长基金自然科学项目（TDZKSS202152）。

作者简介：潘华伟（2001 －），男，汉族，河南南阳人，本科，研究方向：淡水资源的循环利用。

* 通信作者：张鹏彦（1991 －），男，汉族，陕西榆林人，硕士研究生，讲师，研究方向：废弃物资源化利用。E-mail: 19316405297@163.com