The Effect of Super Absorbent Polymer on the Soil

L'effet du polymère super absorbant sur le sol

The utilization of super absorbent polymer has revolutionized agricultural practices, particularly in terms of soil management.

L'utilisation de polymères super absorbants a révolutionné les pratiques agricoles, notamment en termes de gestion des sols.

The utilization of super absorbent polymer has revolutionized agricultural practices, particularly in terms of soil management. This innovative material, with its unique water-absorbing properties, holds immense potential in enhancing soil health and crop production.

Impact on Soil Physical Properties

One of the most significant impacts of super absorbent polymer on soil is its ability to affect soil physical properties. Among these properties, soil moisture content stands out as a critical factor that directly influences crop growth. The application of super absorbent polymer effectively suppresses the decline in soil moisture content within the application layer, thus exhibiting remarkable drought resistance with a duration that can span 15 to 20 days.

However, it is noteworthy that the soil moisture content beneath the application layer and in untreated areas decreases more significantly. This decrease is even more pronounced with increased polymer application rates. The mode of application also plays a role in determining the effect on soil moisture. Studies have shown that in agricultural fields, the use of furrow, hole, or mixed application methods with a rate of 45 kg/hm2 and a depth of 0–20 cm can significantly increase soil moisture content in the 0–40 cm layer by 7.5% to 12.7%. Notably, furrow application is more effective than hole or mixed application.

The reasons for these differences are multifaceted. Mixed application tends to distribute the polymer primarily in shallow soil layers, leading to expansion and contraction upon water absorption. This process can create soil pores connected to the atmosphere, resulting in soil water loss and surface crusting that reduces rainwater infiltration. On the other hand, hole application concentrates the polymer in smaller areas, reducing its contact with soil and water absorption capacity. Excessive concentration can create large expansion forces, leading to the formation of pores connected to the atmosphere and increased soil water evaporation. In contrast, furrow application, while also creating similar pores, is less likely to connect them to the atmosphere due to the overlying soil, resulting in slower soil water loss.

Furthermore, the effect of super absorbent polymer on soil physical properties is influenced by soil texture. As the polymer dosage increases, the aggregation of sandy soil becomes more prominent, while the effect on medium and heavy loam soils is less significant due to their inherent aggregation properties. The mechanism behind this increase in soil aggregation is the gel-like form of the polymer after water absorption, which effectively binds loose soil particles into clumps. Therefore, the application of super absorbent polymer is particularly effective in sandy loam and clay loam soils, where the higher content of clay and organic matter enhances the ion exchange process, thus inhibiting water absorption by the polymer.

Impact on Soil Hydraulic Properties

The influence of super absorbent polymer on soil hydraulic properties is intricately linked to soil texture and pH levels. It is generally agreed that the application of super absorbent polymer significantly improves the water-holding capacity, reduces water evaporation, and decreases permeability in sandy soils compared to medium and heavy loam soils. Additionally, the polymer exhibits optimal water absorption in neutral soils, with a slight decrease in alkaline and acidic soils. Notably, the polymer can also alter soil pH levels; experiments have shown that it can reduce the pH of sandy clay and loam soils from 6.03 to 5.6.

The mode of application also plays a crucial role in determining the effect on soil hydraulic properties. Analysis of experimental data reveals that the water infiltration rate decreases significantly with furrow and mixed application methods compared to the control. Notably, the maximum decrease in infiltration rate can reach 45.1% for mixed application and 11% for furrow application. This decrease becomes more pronounced as the polymer application rate increases, leading to reduced deep soil water leakage. In this context, mixed application appears to be superior to furrow application. Furthermore, soil water evaporation is reduced by 15.37% to 50.42% with the application of super absorbent polymer compared to the control. Mixed application results in a further reduction of 6% to 25% compared to furrow application, with the lowest evaporation rates observed at a polymer application rate of 90 kg/hm2. This is attributed to the more uniform distribution of the polymer in the soil with mixed application, enabling it to effectively absorb water and reduce deep soil water leakage and evaporation. In contrast, furrow application results in a more concentrated distribution of the polymer, leaving unaffected leakage and evaporation channels.

L'utilisation de polymères super absorbants a révolutionné les pratiques agricoles, notamment en termes de gestion des sols. Ce matériau innovant, avec ses propriétés uniques d'absorption de l'eau, présente un immense potentiel pour l'amélioration de la santé des sols et de la production agricole.

Impact sur les propriétés physiques du sol

L'un des impacts les plus significatifs du polymère super absorbant sur le sol est sa capacité à affecter les propriétés physiques du sol. Parmi ces propriétés, la teneur en eau du sol est un facteur critique qui influence directement la croissance des cultures. L'application de polymère super absorbant supprime efficacement la baisse de la teneur en eau du sol dans la couche d'application, ce qui lui confère une remarquable résistance à la sécheresse pendant une durée pouvant aller de 15 à 20 jours.

Toutefois, il convient de noter que la teneur en eau du sol sous la couche d'application et dans les zones non traitées diminue de manière plus significative. Cette diminution est encore plus prononcée lorsque les taux d'application des polymères augmentent. Le mode d'application joue également un rôle dans la détermination de l'effet sur l'humidité du sol. Des études ont montré que dans les champs agricoles, l'utilisation de méthodes d'application par sillons, par trous ou mixtes à un taux de 45 kg/hm2 et à une profondeur de 0-20 cm peut augmenter de manière significative la teneur en eau du sol dans la couche de 0-40 cm de 7,5 % à 12,7 %. Notamment, l'application en sillon est plus efficace que l'application en trou ou mixte.

Les raisons de ces différences sont multiples. L'application mixte tend à distribuer le polymère principalement dans les couches peu profondes du sol, ce qui entraîne une expansion et une contraction lors de l'absorption de l'eau. Ce processus peut créer des pores du sol reliés à l'atmosphère, ce qui entraîne une perte d'eau du sol et une croûte superficielle qui réduit l'infiltration de l'eau de pluie. D'autre part, l'application par trous concentre le polymère dans des zones plus petites, ce qui réduit son contact avec le sol et sa capacité d'absorption de l'eau. Une concentration excessive peut créer des forces d'expansion importantes, entraînant la formation de pores reliés à l'atmosphère et une évaporation accrue de l'eau du sol. En revanche, l'application dans les sillons, tout en créant des pores similaires, est moins susceptible de les relier à l'atmosphère en raison du sol sus-jacent, ce qui ralentit la perte d'eau du sol.

En outre, l'effet du polymère super absorbant sur les propriétés physiques du sol est influencé par la texture du sol. Au fur et à mesure que la dose de polymère augmente, l'agrégation des sols sableux devient plus importante, tandis que l'effet sur les sols limoneux moyens et lourds est moins significatif en raison de leurs propriétés d'agrégation inhérentes. Le mécanisme à l'origine de cette augmentation de l'agrégation du sol est la forme gélifiée du polymère après absorption de l'eau, qui lie efficacement les particules de sol libres en amas. Par conséquent, l'application du polymère super absorbant est particulièrement efficace dans les sols limoneux sableux et argileux, où la teneur plus élevée en argile et en matière organique renforce le processus d'échange d'ions, inhibant ainsi l'absorption d'eau par le polymère.

Impact sur les propriétés hydrauliques du sol

L'influence du polymère super absorbant sur les propriétés hydrauliques du sol est étroitement liée à la texture du sol et aux niveaux de pH. Il est généralement admis que l'application de polymère super absorbant améliore de manière significative la capacité de rétention d'eau, réduit l'évaporation de l'eau et diminue la perméabilité dans les sols sableux par rapport aux sols limoneux moyens et lourds. En outre, le polymère présente une absorption d'eau optimale dans les sols neutres, avec une légère diminution dans les sols alcalins et acides. Le polymère peut également modifier les niveaux de pH du sol ; des expériences ont montré qu'il peut réduire le pH des sols sableux argileux et limoneux de 6,03 à 5,6.

Le mode d'application joue également un rôle crucial dans la détermination de l'effet sur les propriétés hydrauliques du sol. L'analyse des données expérimentales révèle que le taux d'infiltration de l'eau diminue de manière significative avec les méthodes d'application en sillon et mixte par rapport au témoin. Notamment, la diminution maximale du taux d'infiltration peut atteindre 45,1 % pour l'application mixte et 11 % pour l'application en sillon. Cette diminution est d'autant plus prononcée que le taux d'application du polymère augmente, ce qui entraîne une réduction des fuites d'eau dans le sol profond. Dans ce contexte, l'application mixte semble être supérieure à l'application par sillons. En outre, l'évaporation de l'eau du sol est réduite de 15,37 % à 50,42 % avec l'application de polymère super absorbant par rapport au témoin. L'application mixte entraîne une réduction supplémentaire de 6 % à 25 % par rapport à l'application en raie, les taux d'évaporation les plus faibles étant observés à un taux d'application de polymère de 90 kg/hm2. Ce résultat est attribué à la distribution plus uniforme du polymère dans le sol lors d'une application mixte, ce qui lui permet d'absorber efficacement l'eau et de réduire les fuites d'eau en profondeur et l'évaporation. En revanche, l'application dans les sillons entraîne une distribution plus concentrée du polymère, ce qui n'affecte pas les fuites et les canaux d'évaporation.