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)
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