高分子聚合材料PAM對土壤物理性質的影響

胡文明++劉艷民++夏海江

摘要 通過對大量試驗資料的分析，闡述了高分子聚合材料PAM對土壤物理性質的影響，其中包括PAM對改良土壤結構、增強土壤水穩性和滲透性的影響及對土壤抗蝕性的影響等。

關鍵詞 高分子聚合材料；PAM；土壤；物理性質；水土保持

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

水土流失是制約我國經濟發展的重要因素。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，帶走細顆粒及有機成分，破壞土壤結構，降低土壤肥力，惡化作物生長的生態環境，對國民經濟和農業可持續發展構成嚴重威脅。水土流失問題已經納入國家重點治理領域?？v觀我國水土流失治理技術，主要有建設工程設施攔截、種植生物措施改善以及因地制宜采用適宜的農業耕作方式，普遍存在投資大、實施難、效果差的問題。

隨著化學工業的發展，化學產品在國民經濟發展各領域得到廣泛應用。采用化學產品進行水土流失治理與研究已經成為一個新的研究領域。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稱，已經被廣泛應用于水處理等以及農業土壤改良[1-2]。為深入探討聚丙烯酰胺在水土流失治理領域的應用，開展了大量試驗研究。本文主要針對聚丙烯酰胺對土壤物理性質影響方面的試驗研究取得的大量數據資料，進行了系統分析和整理。

1 試驗地概況與研究方法

試驗地點位于遼寧省西豐縣泉河水土保持試驗站室內試驗小區進行。試驗土壤選用具有代表性的遼西地區的砂壤土和遼北地區的中壤土及輕壤土，每種土質設2個處理，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的陰離子型分子量300萬～400萬。試驗小區長度2.0 m，寬度為0.5 m，小區土壤初始鋪設厚度為0.3 m。小區田面縱向坡度為10°，為盛接小區徑流和土壤侵蝕量，小區下游末端均設出水口和盛水池。試驗降雨系統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，降雨強度控制在60 mm/h，每次降雨歷時控制在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田面。小區靜置24 h后，進行模擬降雨。降雨完成后，小區再靜置24 h后進行小區取樣和各項試驗，測定土壤物理性質變化[3]。

2 結果與分析

2.1 PAM對土壤沉降系數的影響

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

這些變化表明，PAM能夠改善土壤的沉降系數，有利于增強土壤的水穩性，提高土壤的抗水蝕能力。

2.2 PAM對土壤微團聚體的影響

經PAM處理后，3種土壤的分散系數減少了7%～19%，結構系數增大了3%～8%，這些說明土壤的微團聚體在浸水狀況下結構性能增強，提高了土壤微結構的穩定性，從而有利于土壤的保水和保肥的作用（表2）。

2.3 PAM對土壤團聚體的影響

各個試驗區域經PAM處理1 d后進行觀測，發現降雨后土壤團聚體增加、疏松、不板結，而CK的表層土壤板結僵硬。試驗結果表明，土壤使用PAM后，遼西地區的砂壤土水穩定性團聚體增加最為明顯，增幅達到51%（表3），說明PAM對土壤結構有良好的改善作用。

2.4 PAM對土壤滲透性的影響

試驗結果表明，土壤經PAM處理后，土壤滲透系數比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 結論與討論

3.1 結論

PAM具有改善土壤水穩性、改良土壤結構、增大土壤滲透性的作用[4-6]。試驗結果表明，土壤經過PAM處理后，沉降系數增大8%～12%，分散系數減少7.1%～28.6%，結構系數增大3.2%～10.0%。因此，PAM處理后土壤檢測指標趨向有利方向變化，表明了土壤保水性能增強。此外，土壤水穩性團粒含量增加4.5%～51.4%，土壤滲透系數增大32%，團聚體明顯改善，微團聚體也得到改善。由于土壤結構的改良，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。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，當其溶解于水并與土壤顆粒發生作用時，不影響土壤溶液的酸堿平衡。

3.2 討論

根據以上試驗結論，提出以下建議：一是針對不同侵蝕土壤應用PAM的治理技術。遼寧省現有坡耕地73.33萬hm2，這些耕地低產薄收的主要原因之一是水土流失嚴重，為了進一步認識PAM的上述作用，建議按不同土質建立較大規模的試驗觀測區，來探索不同侵蝕土壤應用PAM的治理技術。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存的泥沙淤積問題比較嚴重，建議在其集水范圍內的水土流失嚴重地段，建立較大規模的試驗觀測區，應用PAM進行保護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，發揮水庫工程的更大效益。

4 參考文獻

[1] 嚴瑞.水溶性高分子[M].北京：化學工業出版社，1998：84-171.

[2] 劉孝義.土壤物理化學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，鄭紀勇，李占斌，等.PAM對土壤物理性狀以及水分分布的影響[J].農業工程學報，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].農業工程學報，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].土壤學報，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性團聚體的改良效果及機理研究[J].農業工程學報，2008（1）：45-49.