聚丙烯酰胺防治水土流失理論與實踐探析

胡文明++劉艷民++夏海江

摘要 通過對水土流失現(xiàn)狀及其危害性的分析，調查當前國內(nèi)外技術研究現(xiàn)狀，確定研究方法及技術路線，開展大量室內(nèi)模擬試驗和野外現(xiàn)場試驗，取得系列數(shù)據(jù)資料，分析了聚丙烯酰胺在進行防治水土流失時的作用機理及其適用范圍和保水及抗風蝕性、示范應用效果等。

關鍵詞 聚丙烯酰胺；水土流失；防治；理論與實踐

中圖分類號 S157.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）22-0237-02

眾所周知，目前我國水土流失非常嚴重，是世界上比較嚴重的國家，占國土總面積的51%的面積為水土流失嚴重的地區(qū)。遼寧省是水土流失比較嚴重的省份之一。全省共有坡耕地176萬hm2，其中129萬hm2存在著不同程度的水土流失，占坡耕地面積約73.0%。中度侵蝕面積約52.3萬hm2，強度侵蝕面積約11.9萬hm2。

水土流失對農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境破壞極大，嚴重地破壞了耕地資源，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構成嚴重威脅。水土流失還影響了河水的水質，加重了河道淤積，加劇洪澇災害，降低河道泄洪能力，增大河道防洪負擔，造成水土流失與貧困惡性循環(huán)等。由于水土流失的危害性，其防治一直是研究者關注的熱點，對多種措施也進行了應用，但由于這些傳統(tǒng)方法存在著不同的缺點，實際應用效果非常有限。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀調查

近年來，隨著石油化工和合成技術的發(fā)展，具有天然材料所沒有的優(yōu)越性的高分子材料日益增多，并被人們所逐漸認識。化學措施防治水土流失已開始被人們嘗試，并成為一個新的研究領域。由于聚丙烯酰胺在多領域有很好的治理效果，因此開展了防治水土流失時的作用機理及其適用范圍和保水及抗風蝕性、示范應用等方面的研究，為解決生產(chǎn)實際問題開辟了水土保持新技術領域，具有創(chuàng)新性、實用性和前瞻性，具有重大的實際意義。

據(jù)查新檢索，高分子聚合物聚丙烯酰胺已廣泛應用于水處理、石油鉆探、煤炭地質、紡織、造紙等行業(yè)。國內(nèi)外有很多利用聚丙烯酰胺防治田間土壤侵蝕的報道。

2 研究方法與技術路線

采用室內(nèi)試驗和室外中間示范試驗相結合的研究方法[1-2]。室內(nèi)試驗在鐵嶺市西豐縣泉河水土保持試驗站室內(nèi)模擬試驗場進行，室外中間示范試驗在鐵嶺市西豐縣泉河水土保持試驗站野外試驗場進行。技術路線框圖見圖1。

3 理論研究與實踐應用結論

（1）為了探討PAM能否減少土壤侵蝕量，測定了施用PAM前后土壤物理性質的變化。土壤的沉降系數(shù)、結構系數(shù)和各級水穩(wěn)性團聚體問題是反映土壤抗水蝕性能的基本要素。對試驗結果進行分析發(fā)現(xiàn)，PAM可以改善土壤的團粒結構，通過施用PAM，土壤的沉降系數(shù)等多個理化指標優(yōu)于對照。說明PAM具有增強土壤抗水蝕能力，并有減少土壤侵蝕量的作用。

（2）施用不同劑型的PAM都能不同程度地減少土壤侵蝕量。以陰離子型分子量（3～4）×106的PAM減少土壤侵蝕量的效果最好。因此，陰離子型分子量（3～4）×106為最優(yōu)劑型。

（3）PAM適宜用量為0.3～1.2 g/m2，相當于3～12 kg/km2，坡度小時，可采用下限值；坡度大時，以上限值為宜。

（4）在不考慮PAM受此紫外線照射而老化的情況下，選用遼北中壤土和PAM陰離子型分子量（3～4）×106劑型，進行了土壤擾動沖刷試驗，共有8次重復，相當于一般農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中2年擾動歷程后，結果表明，PAM防治水土流失效果的持效性可以達到2年以上。

（5）通過對3種坡度（6°、10°、15°）田面土壤侵蝕量室內(nèi)試驗觀測，PAM處理區(qū)土壤侵蝕量明顯小于對照區(qū)的土壤侵蝕量。對6°和15°坡度土壤侵蝕量觀測結果進行了變量分析和t測驗分析，變量分析結果表明處理間差異顯著，t測驗分析結果為PAM處理區(qū)較對照區(qū)均呈差異顯著或極顯著。說明PAM具有防治田間水土流失的效果，平均減少土壤侵蝕量78.1%。

（6）施用PAM可以減少地表徑流。6°、10°、15°坡分別較對照區(qū)平均減少3.8%、13.4%、15.0%。在觀測時段內(nèi)PAM處理的土壤含水量均高于對照區(qū)。

（7）PAM處理較對照區(qū)土壤侵蝕量、肥力流失量顯著減少，6°、10°、15°坡土壤侵蝕量分別是對照區(qū)的41.4%、51.6%、57.0%。有機質、速效氮、速效磷、速效鉀流失量平均值分別是對照的30.5%、23.2%、29.8%、30.3%。正交分析表明，3種坡度條件下的最優(yōu)組合均為A2B2C1，其主次順序為用量（A）>次數(shù)（B）>方法（C）。

（8）施用PAM能夠改善土壤結構性和水穩(wěn)性，顯著提高了土壤的持水性，有利于作物增產(chǎn)。施用PAM可使產(chǎn)量增加18.7%～32.4%。PAM投入費用為225元/km2，按增產(chǎn)15%計，可獲經(jīng)濟效益500元/km2。

（9）PAM是低毒的，據(jù)中國科學院沈陽分院理論測試中心（綠色食品監(jiān)測中心）生態(tài)環(huán)境部對PAM及作物秸稈和籽粒進行的殘留物質檢驗表明，PAM用量在0.3～1.2 g/m2范圍內(nèi)，PAM的殘留對土壤和作物無不良影響[3-4]。

（10）施用PAM可以縮短水分滲入土壤的時間，加速水分滲入土壤的速度，減少土壤水分滲出量，抑制土壤水分蒸發(fā)。因此，在田間施用PAM將有助于減少降雨后的地面徑流和深層滲漏，增強土壤的持水能力和保水性能；施用PAM還可以減緩土壤密度的增大，避免土壤堅實板結，從而保持土壤良好的疏松結構，這將有助于作物的生長發(fā)育。

（11）施用PAM可以在土壤表層形成具有一定整體性的土壤結構，增強土壤抗風蝕能力，減少土壤風蝕量。PAM在沙塵暴治理方面具有應用前景[4-5]，可以探討在我國三北地區(qū)生態(tài)恢復建設中應用。

（12）目前不恰當?shù)陌l(fā)展旅游和發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等人為原因造成環(huán)境破壞不斷加速，水土流失日益嚴重，也引起了研究者和決策者的關注，如何有效開展生產(chǎn)的同時，減少水土流失的現(xiàn)狀，是人們急切需要解決的問題。通過施用PAM可以改善土壤環(huán)境，增加土壤的保水蓄水能力，進而有效減少水土流失，該項工作的開展對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和保護環(huán)境有著重大的意義，其應用潛力無限[6]。

4 參考文獻

[1] 水利部水土保持司.水土保持試驗規(guī)范[M].北京：中國水利電力出版社，1988.

[2] 中國科學院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科學技術出版社，1978.

[3] 杜堯東，夏海江，劉作新，等.聚丙烯酰胺防治坡地水土流失田間試驗研究[J].水土保持學報，2000（3）：10-13.

[4] 李晶晶，鄒超煜，白崗栓.聚丙烯酰胺對坡地蘋果園水土流失和土壤養(yǎng)分流失的影響[J].應用生態(tài)學報，2016（9）：2991-2999.

[5] 劉長海，王廷斌，楊占英.施用聚丙烯酰胺可控制水土流失[J].水土保持科技情報，2004（4）：37-38.

[6] 王志忱，夏海江，王亮.聚丙烯酰胺防治土壤侵蝕的持效性試驗研究[J].東北水利水電，2012（3）：12.