高分子聚合材料PAM對土壤物理性質(zhì)的影響

胡文明++劉艷民++夏海江

摘要 通過對大量試驗(yàn)資料的分析，闡述了高分子聚合材料PAM對土壤物理性質(zhì)的影響，其中包括PAM對改良土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)土壤水穩(wěn)性和滲透性的影響及對土壤抗蝕性的影響等。

關(guān)鍵詞 高分子聚合材料；PAM；土壤；物理性質(zhì)；水土保持

中圖分類號 S152 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）22-0163-01

水土流失是制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。土壤入滲及保蓄水能力差，同樣的降雨會造成降雨更多地形成地表徑流，沖刷土壤，帶走細(xì)顆粒及有機(jī)成分，破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤肥力，惡化作物生長的生態(tài)環(huán)境，對國民經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。水土流失問題已經(jīng)納入國家重點(diǎn)治理領(lǐng)域?？v觀我國水土流失治理技術(shù)，主要有建設(shè)工程設(shè)施攔截、種植生物措施改善以及因地制宜采用適宜的農(nóng)業(yè)耕作方式，普遍存在投資大、實(shí)施難、效果差的問題。

隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，化學(xué)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。采用化學(xué)產(chǎn)品進(jìn)行水土流失治理與研究已經(jīng)成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域。聚丙烯酰胺（英文簡稱PAM）是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物的統(tǒng)稱，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水處理等以及農(nóng)業(yè)土壤改良[1-2]。為深入探討聚丙烯酰胺在水土流失治理領(lǐng)域的應(yīng)用，開展了大量試驗(yàn)研究。本文主要針對聚丙烯酰胺對土壤物理性質(zhì)影響方面的試驗(yàn)研究取得的大量數(shù)據(jù)資料，進(jìn)行了系統(tǒng)分析和整理。

1 試驗(yàn)地概況與研究方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于遼寧省西豐縣泉河水土保持試驗(yàn)站室內(nèi)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行。試驗(yàn)土壤選用具有代表性的遼西地區(qū)的砂壤土和遼北地區(qū)的中壤土及輕壤土，每種土質(zhì)設(shè)2個(gè)處理，即PAM處理和對照（CK）。供試聚丙烯酰胺為遼寧省撫順市化工六廠生產(chǎn)的陰離子型分子量300萬～400萬。試驗(yàn)小區(qū)長度2.0 m，寬度為0.5 m，小區(qū)土壤初始鋪設(shè)厚度為0.3 m。小區(qū)田面縱向坡度為10°，為盛接小區(qū)徑流和土壤侵蝕量，小區(qū)下游末端均設(shè)出水口和盛水池。試驗(yàn)降雨系統(tǒng)采用微噴模擬人工降雨，水源為儲水池，供水水泵型號為Qd×2-16-0.25潛水泵，降雨強(qiáng)度控制在60 mm/h，每次降雨歷時(shí)控制在3 h。將0.3 g聚丙烯酰胺溶于適量溫水中，再定容在1 000 mL，搖勻后均勻噴施在小區(qū)田面。小區(qū)靜置24 h后，進(jìn)行模擬降雨。降雨完成后，小區(qū)再靜置24 h后進(jìn)行小區(qū)取樣和各項(xiàng)試驗(yàn)，測定土壤物理性質(zhì)變化[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1 PAM對土壤沉降系數(shù)的影響

遼西砂壤土在經(jīng)過PAM處理后，沉降系數(shù)由158%增加到172%，增加了9%；遼北地區(qū)的中壤土沉降系數(shù)由原來的144%增加到161%，增加了12%；遼北地區(qū)的輕壤土沉降系數(shù)也增加了8%（表1）。

這些變化表明，PAM能夠改善土壤的沉降系數(shù)，有利于增強(qiáng)土壤的水穩(wěn)性，提高土壤的抗水蝕能力。

2.2 PAM對土壤微團(tuán)聚體的影響

經(jīng)PAM處理后，3種土壤的分散系數(shù)減少了7%～19%，結(jié)構(gòu)系數(shù)增大了3%～8%，這些說明土壤的微團(tuán)聚體在浸水狀況下結(jié)構(gòu)性能增強(qiáng)，提高了土壤微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而有利于土壤的保水和保肥的作用（表2）。

2.3 PAM對土壤團(tuán)聚體的影響

各個(gè)試驗(yàn)區(qū)域經(jīng)PAM處理1 d后進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)降雨后土壤團(tuán)聚體增加、疏松、不板結(jié)，而CK的表層土壤板結(jié)僵硬。試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤使用PAM后，遼西地區(qū)的砂壤土水穩(wěn)定性團(tuán)聚體增加最為明顯，增幅達(dá)到51%（表3），說明PAM對土壤結(jié)構(gòu)有良好的改善作用。

2.4 PAM對土壤滲透性的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤經(jīng)PAM處理后，土壤滲透系數(shù)比CK增加32%，利于減少地表徑流和雨水入滲，從而降低土壤侵蝕程度，有利于水土保持（表4）。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

PAM具有改善土壤水穩(wěn)性、改良土壤結(jié)構(gòu)、增大土壤滲透性的作用[4-6]。試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤經(jīng)過PAM處理后，沉降系數(shù)增大8%～12%，分散系數(shù)減少7.1%～28.6%，結(jié)構(gòu)系數(shù)增大3.2%～10.0%。因此，PAM處理后土壤檢測指標(biāo)趨向有利方向變化，表明了土壤保水性能增強(qiáng)。此外，土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒含量增加4.5%～51.4%，土壤滲透系數(shù)增大32%，團(tuán)聚體明顯改善，微團(tuán)聚體也得到改善。由于土壤結(jié)構(gòu)的改良，其可以為作物生長提供更好的水、肥、氣、熱等條件，使土壤疏松透氣，利于作物增產(chǎn)。此外，PAM不改變土壤的酸堿性。PAM是一種高分子聚合物材料，呈中性，當(dāng)其溶解于水并與土壤顆粒發(fā)生作用時(shí)，不影響土壤溶液的酸堿平衡。

3.2 討論

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)論，提出以下建議：一是針對不同侵蝕土壤應(yīng)用PAM的治理技術(shù)。遼寧省現(xiàn)有坡耕地73.33萬hm2，這些耕地低產(chǎn)薄收的主要原因之一是水土流失嚴(yán)重，為了進(jìn)一步認(rèn)識PAM的上述作用，建議按不同土質(zhì)建立較大規(guī)模的試驗(yàn)觀測區(qū)，來探索不同侵蝕土壤應(yīng)用PAM的治理技術(shù)。二是利用PAM減緩水庫淤積。遼寧省多泥沙河流及多泥沙水庫現(xiàn)存的泥沙淤積問題比較嚴(yán)重，建議在其集水范圍內(nèi)的水土流失嚴(yán)重地段，建立較大規(guī)模的試驗(yàn)觀測區(qū)，應(yīng)用PAM進(jìn)行保護(hù)多泥沙河流的河道和減少整治工程量的研究，以減緩多泥沙水庫的淤積過程，延長水庫有效使用壽命，發(fā)揮水庫工程的更大效益。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 嚴(yán)瑞.水溶性高分子[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998：84-171.

[2] 劉孝義.土壤物理化學(xué)及土壤改良研究法分析[M].沈陽：遼寧科技出版社，1982.

[3] 韓鳳朋，鄭紀(jì)勇，李占斌，等.PAM對土壤物理性狀以及水分分布的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010（4）：70-74.

[4] 于健，雷廷武，SHAINBERG I，等.不同PAM施用方法對土壤入滲和侵蝕的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010（7）：38-44.

[5] 于健，雷廷武，SHAINBERG I，等.PAM特性對砂壤土入滲及土壤侵蝕的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2011（1）：21-27.

[6] 曹麗花，趙世偉，梁向鋒，等.PAM對黃土高原主要土壤類型水穩(wěn)性團(tuán)聚體的改良效果及機(jī)理研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008（1）：45-49.