聚丙烯酰胺防治土壤侵蝕的試驗(yàn)研究

王志忱 ，夏海江 ，2，王 亮

（1.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽10003；2.東北大學(xué)，遼寧沈陽110004）

我國是水土流失比較嚴(yán)重的國家之一，全國現(xiàn)有水土流失面積36700萬hm2，占國土總面積的38.2%[1]。水土流失帶走了大量的土壤水分和養(yǎng)分，降低了耕地質(zhì)量，破壞了生態(tài)環(huán)境，對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。目前，治理田間水土流失主要從工程措施、生物措施、農(nóng)業(yè)措施等方面著手，但都存在或投資大、或周期長(zhǎng)、或見效慢等不足。近年來，化學(xué)措施防治水土流失已成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域。高分子聚合物聚丙烯酰胺作為絮凝劑、鉆井泥漿處理劑、堵水劑、織物處理劑、紙力增強(qiáng)劑、土壤結(jié)構(gòu)改良劑等，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水處理、石油鉆探、煤炭地質(zhì)、紡織造紙及農(nóng)業(yè)土壤改良。但應(yīng)用于水土保持領(lǐng)域在國內(nèi)外尚處于起步階段。美國農(nóng)業(yè)局利用低濃度的聚丙烯酰胺處理溝灌水防治田間土壤侵蝕，取得了良好效果。以色列、比利時(shí)、委內(nèi)瑞拉、印度等國家也開始了應(yīng)用聚丙烯酰胺防治水土流失的試驗(yàn)研究；中國科學(xué)院南京土壤研究所曾應(yīng)用聚乙醇改良土壤，也提及聚乙醇具有抗御土壤水蝕的作用。為了深入研究聚丙烯酰胺防治水土流失的作用，開展了大量的室內(nèi)試驗(yàn)、田間試驗(yàn)和示范應(yīng)用，取得了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于鐵嶺市西豐縣泉河水土保持試驗(yàn)站試驗(yàn)室。該試驗(yàn)站具備水土保持相關(guān)試驗(yàn)儀器設(shè)備和專業(yè)試驗(yàn)人員。

試驗(yàn)土樣：研究中在水土流失重點(diǎn)地區(qū)的遼西和遼北[2]選擇具有代表性的土壤作為試驗(yàn)土樣。經(jīng)調(diào)查，選擇確定遼北地區(qū)的棕壤土和遼西地區(qū)的褐土兩種土樣。

按《水土保持試驗(yàn)規(guī)范》[3]設(shè)計(jì)適宜的試驗(yàn)室，模擬降雨系統(tǒng)和試驗(yàn)小區(qū)。

模擬降雨系統(tǒng)采用微噴模擬人工降雨，用潛水泵供水，降雨強(qiáng)度控制在60mm/h，每次降雨時(shí)間掌握在3h。

試驗(yàn)區(qū)設(shè)計(jì)：試驗(yàn)小區(qū)分3種坡度，各為6°，10°，15°。每種坡度各并排設(shè)4個(gè)小區(qū)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)2m，寬0.5m，面積為1.0m2。在每個(gè)小區(qū)的下端設(shè)有出水口和盛水池，盛接徑流和土壤侵蝕量。每小區(qū)土層厚0.3m。共12個(gè)。

供試聚丙烯酰胺：由遼寧省撫順市化工六廠生產(chǎn)。聚丙烯酰胺按離子類型可分為陰離子型、陽離子型和非離子型。按分子量陰離子型可劃分為6～10個(gè)數(shù)量級(jí)，非離子型可劃分為2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。試驗(yàn)前首先作了試瓶試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)陰離子型分子量400～500萬和300～400萬，非離子型分子量300～400萬促進(jìn)土壤沉降效果最好，而陽離子型與土壤絮凝速度較慢。因此，確定供試聚丙烯酰胺的劑型為陰離子型分子量400～500萬（A）和300～400萬（B）以及非離子型分子量300～400萬（C），共3個(gè)劑型。

聚丙烯酰胺施用：各小區(qū)聚丙烯酰胺用量均按0.3g/m2進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)，將稱量好的聚丙烯酰胺溶解于3×104ml的水中，均勻噴施于小區(qū)土壤表面，對(duì)照小區(qū)噴施等體積清水。4次重復(fù)，隨機(jī)排列。

每次模擬降雨完成后，小區(qū)靜置1h，繼續(xù)下一次模擬降雨。進(jìn)行5次模擬降雨后，觀測(cè)各小區(qū)徑流量和土壤侵蝕量。

2 研究結(jié)果及分析

表 1，2，3是遼北地區(qū)的中壤土 6°，10°，15°各小區(qū)經(jīng)5次降雨沖刷(不換土)后的土壤侵蝕累積量。

表1 不同劑型處理土壤侵蝕累積量（坡度6°，中壤土）

表2 不同劑型處理土壤侵蝕累積量（坡度10°，中壤土）

統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，3種坡度下各處理間均達(dá)到了F0.05的顯著水平，說明施用聚丙烯酰胺的確起到了減小土壤侵蝕量的作用。A，B，C等3種劑型與對(duì)照相比，土壤侵蝕量在6°坡條件下，分別減少48.5%，77.4%，53.6%，在 10°條件下，分別減少62.6%，79.8%，69.0%，在 15°條件下，分別減少58.5%，77.0%，66.0%。3種坡度條件下都是以劑型B效果最好，較對(duì)照平均減少土壤侵蝕量78.1%，其次是劑型C，較對(duì)照平均減少62.9%，劑型A較對(duì)照平均減少56.5%。檢驗(yàn)結(jié)果表明，A，B，C與對(duì)照之間均達(dá)到了t0.01的極顯著水平，但3種劑型之間差異不顯著，按優(yōu)劣排列順序?yàn)锽＞C＞A。遼西地區(qū)的砂壤土也得到了相似的結(jié)果（見表4）。因此，確定B（陰離子型分子量300～400萬）為最優(yōu)劑型。

表3 不同劑型處理土壤侵蝕累積量（坡度15°，中壤土）

表4 3種坡度上不同劑型處理土壤侵蝕累積量（砂壤土）

[1]中國統(tǒng)計(jì)局.中國統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，1996.

[2]遼寧省統(tǒng)計(jì)局.遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，1996.

[3]水利部水土保持司.水土保持試驗(yàn)規(guī)范[S].北京：水利電力出版社，1988.