噴施中性多聚糖對黃土坡面降雨入滲的影響*

李元元王占禮，2?劉俊娥焦 念張加瓊

（1 西北農林科技大學水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西楊凌 712100 ）

（2 中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100）

（3 陜西師范大學旅游與環境學院，西安 710019）

（4 黃河西峰水土保持治理監督局，甘肅西峰 745000）

噴施中性多聚糖對黃土坡面降雨入滲的影響*

李元元1王占禮1，2?劉俊娥3焦 念4張加瓊1

（1 西北農林科技大學水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西楊凌 712100 ）

（2 中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100）

（3 陜西師范大學旅游與環境學院，西安 710019）

（4 黃河西峰水土保持治理監督局，甘肅西峰 745000）

中性多聚糖（Jag S）是一種新型高聚物，研究該高聚物對黃土坡面降雨入滲的影響可對采用土壤侵蝕化學調控技術措施防治黃土坡面土壤侵蝕提供新的理論基礎。通過人工模擬降雨試驗，研究不同雨強（1.0、1.5、2.0 mm min-1），不同坡度（10°、15°、20°）條件下，坡面降雨入滲及產流時間與噴施不同劑量（1、3、5 g m-2）Jag S之間的關系。結果表明：在不同坡度不同雨強下，與裸露坡面相比，噴施3種劑量的高分子化學材料Jag S均減少了前期降雨入滲率，但1及3 g m-2劑量Jag S處理能夠明顯提高黃土坡面入滲性能，減緩入滲在整個降雨過程的下降趨勢，提高穩滲率，強化入滲效應均值分別為21.53%及9.17%，大劑量（5 g m-2）Jag S反而降低了土壤入滲性能（小雨強下除外）。噴施不同劑量Jag S的坡面其產流開始時間差異很小，但均早于裸露坡面，且表現為Jag S噴施劑量越大，坡面越早產流，大坡度大劑量對降雨產流時間影響較大。三個劑量對應產流時間提前百分比均值分別為47.26%、50.47%及66.28%。總之，Jag S在一定程度上能改善黃土坡面土壤結構，提高黃土坡面降雨入滲性能，從而降低土壤侵蝕，為采用高聚物進行水土保持提供了科學依據。

多聚糖（Jag S）；黃土坡面；降雨入滲；水土保持

雨滴對地表的打擊會破壞土壤結構，使團聚體破裂，引起地表封閉，形成結皮［1］，降低入滲，增加地表徑流和土壤侵蝕量。降雨入滲是影響黃土高原水土流失的主要因素之一，是模擬土壤侵蝕過程的基本輸入變量，也是本研究實施水土保持規劃需要認真考慮的重要因素［2］。在黃土高原地區，許多學者將增加入滲，就地攔蓄降雨徑流作為防止水土流失的基本戰略措施。增加降雨入滲，控制降雨引起的土壤流失的傳統好方法是建立植被，但由于植被生長期的緣故，對降雨入滲和土壤侵蝕的控制在時間上是不完整的。此外，防止土壤封閉及其所帶來的不利影響的另一傳統措施是在土壤表面進行覆蓋來降低雨滴對土壤的打擊作用，阻止地表封閉。常見覆蓋物有秸稈，稻草和草皮等，但由于其易燃，體積大，阻礙光線，成本高等原因在某些情況下不宜使用［3］。從而不能大面積推廣。高分子聚合物作為土壤結構改良劑，其成本低，能改善土壤結構，加強土壤團聚體的穩定性，提高團聚體的數量，防止土壤結皮的產生，增加降雨入滲。因此，就如何通過添加改良劑改善土壤結構、增加降雨入滲、減少地表徑流、防止土壤侵蝕，是我國生態環境建設和農業可持續發展的關鍵［4-5］。

土壤改良劑的研究始于19世紀末，其中沸石、粉煤灰、污泥、綠肥、聚丙烯酰胺等單一改良劑研究較為廣泛［6-7］。近年來，高聚物土壤改良劑因其較好的效果及低廉的價格引起了人們的關注，許多學者研究發現其可以加強地表土壤顆粒之間的凝聚力，維護良好的土壤結構，防止地表結皮產生，減少地表徑流，增加土壤入滲率，從而可以防止或減少土壤侵蝕［8］。多糖類物質屬于天然高聚物，其中甲殼素類化合物是目前廣泛應用于土壤改良的多糖類高聚物。大量研究表明其能有效地改善土壤的團粒結構，在土壤表面形成保護膜，具有保墑作用［9-10］。Sarathchandra等［11］研究表明，甲殼素不僅能增加土壤中礦化氮含量，而且能增加土壤細菌和真菌數量。Hallmann等［12］研究發現甲殼素可誘導土壤、根際和根內微生物產生有利的變化，對棉花、白苜蓿和黑麥草的寄生線蟲有抑制作用從而提高作物產量。此外，多糖類物質用于改良干旱和半干旱土壤時，土壤的滲透率和水土流失量之間存在指數函數關系［13］；殼聚糖與土壤混合后制成的液體土壤改良劑能有效地改善土壤的團粒結構［9］；黃澤波和劉永定［14］對藍細菌體內貯藏的多糖物進行了研究，結果表明該物質除了能保持土壤濕潤外，其良好的黏性可以將土壤顆粒聚積在一起，增強土壤結構的穩定性，從而可以防止土壤侵蝕的發生；Liu等［15］通過人工降雨模擬實驗研究天然高聚物（NDP）對黃土坡面片蝕的影響，結果表明，NDP能顯著改善土壤團聚體結構，提高坡面剪切力，降低坡面侵蝕量。

本文通過人工模擬降雨試驗，對羅地亞公司新開發的高分子多聚糖Jag S對黃土坡面降雨入滲的影響進行研究，目的是了解新型高聚物Jag S對黃土坡面降雨入滲的調控效應，從而為采用高聚物改良黃土坡面土壤、增加黃土坡面降雨入滲和防治黃土坡面水土流失提供一個新的科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與試驗裝置

試驗在中國科學院水利部水土保持研究所人工模擬降雨大廳進行。試驗土壤為取自黃土高原腹地的陜西省安塞縣的黃綿土，試驗土壤顆粒組成見表1。試驗土壤前期含水量為14%，填土容重為1.2 g cm-3。

表1 試驗土壤顆粒組成Table 1 Mechanical composition of the experimental soil

試驗設備為變坡鋼質小區，長120 cm、寬40 cm、深25 cm。所有試驗土壤自然風干除去雜草和石塊，并過5 mm篩。裸露小區裝土之前，在底部鋪5 cm的天然細沙，并用透水紗布覆蓋，保持土層的透水狀況接近天然坡面。試驗小區采用分層裝土以保證裝土的均勻性。填土時，采用邊填充邊壓實，以減少邊壁對入滲和產流產沙過程及坡面侵蝕微形態發育等的影響，并使下墊面土壤條件的變異性達到最小，保證試驗土壤容重達到設計要求。填土后，用刮板將表面刮平。試驗所用化學材料中性多聚糖（Jag S）是一種從大豆胚胎中提取出來，不帶電，呈白色粉末狀，分子量為30萬～100萬的天然高分子多肽衍生物，羅地亞公司新開發，現有實驗表明其對試驗水生物種沒有不利影響和刺激，在土壤中能夠促進部分有益菌落的形成，是綠色化學品，不溶于酒精和油，極易分散在水中形成具有一定黏性的膠體，經過充分溶解后黏度達到最大，遇水后再失水后形成半透明的固體。英文名為neutral polysaccharide，分子式為（C6H10O5）n，由多個單糖分子縮合、失水而成，是一類分子結構龐大的糖類物質。材料成本為人民幣10 yuan kg-1，若使用劑量為1 g m-2，則每公頃成本約為100 yuan。

1.2 試驗設計與觀測

Jag S的施放方式為噴施，將設計劑量重的混合物溶于2 L的水中，用塑料管充分攪拌，使其形成穩定膠體，然后用塑料噴壺均勻噴灑于土壤表面，放置約15 h，使聚合物材料和土壤充分作用，然后進行降雨試驗，作為對照的裸土試驗，小區裝填土壤完成后也在小區土表由上至下用塑料噴壺均勻噴灑2 L水，放置15 h左右，然后進行降雨試驗。

試驗設計場次為：雨強1.5 mm min-1，試驗坡度10°、15°、20°，土壤表面處理為裸土和噴施Jag S劑量為1、3、5 g m-2的組合試驗；坡度15°，雨強1.0、1.5、2.0 mm min-1，土壤表面處理為裸土和噴施Jag S劑量為1、3、5 g m-2的組合試驗。每場試驗開始后均認真觀測小區產流情況，出現產流后記錄產流時間的同時在小區的出口接樣，產流后的前3 min每隔1～2 min觀測1次，以后每隔3 min觀測1次，直到降雨結束，降雨歷時為40 min。降雨結束后，量取接樣渾水體積，并通過烘干稱重法測量、計算得到接樣中的泥沙體積，進而計算清水徑流量，最后按照水量平衡原理：降雨入滲率（mm min-1）=（降雨量mm—徑流量mm）/降雨時間（min），計算出坡面降雨入滲率，然后根據強化入滲效應（%）=（噴施化學材料入滲量—裸露坡面入滲量）/裸露坡面入滲量×100，計算強化入滲效應，每組試驗重復2次。

2 結果與討論

2.1 噴施Jag S下的黃土坡面降雨入滲過程

2.1.1 不同降雨強度 將坡度為15°時，不同降雨強度下裸露坡面和噴施3種不同劑量Jag S時土壤入滲率隨降雨過程變化的點繪在圖上，如圖1。

圖1 不同Jag S劑量和不同雨強對降雨過程中坡面入滲速率的影響Fig. 1 Effect of spraying of Jag S on infiltration rate during the process of each rainfall event relative to dosage of the spraying and rainfall intensity

由圖1可知，3個不同降雨強度下，噴施不同劑量Jag S坡面和裸露坡面的入滲率隨降雨歷時均呈現兩個階段，第一階段降雨入滲率呈迅速下降的趨勢，第二階段趨于穩定變化狀態，且入滲率與降雨強度總體呈正相關關系。但不同雨強不同劑量下的穩滲率不同，未噴施Jag S時，1.0 mm min-1降雨強度下穩滲率最小（約0.62 mm min-1）；其次為1.5 mm min-1降雨強度（約0.71 mm min-1）；2.0 mm min-1降雨強度下穩滲率最大（約0.76 mm min-1）；噴施Jag S時，小降雨強度下，噴施各個劑量的黃土坡面穩滲率均高于裸坡，大、中降雨強度下，除了噴施大劑量坡面穩滲率小于裸坡，其他兩個劑量均能提高穩滲率。

不同Jag S噴施量對3個降雨強度的入滲過程有明顯影響，但影響趨勢因劑量和降雨強度不同而異。1.0 mm min-1降雨強度下，噴施不同劑量Jag S坡面入滲率在整個降雨過程中均大于裸露坡面入滲率；1.5 mm min-1和2.0 mm min-1降雨強度下，噴施小、中劑量Jag S坡面入滲率在產流開始初期較裸露坡面入滲率小，之后大于裸露坡面入滲率，而大劑量時坡面入滲率在整個降雨過程中均小于裸露坡面入滲率，降雨后期與裸露坡面入滲率比較接近。除此以外，與裸露坡面相比，噴施不同劑量Jag S的坡面在各個雨強下降雨過程入滲率下降趨勢也不相同。小雨強條件下，噴施3個劑量Jag S坡面的入滲率變化較緩慢，中、大雨強下，除大劑量時坡面入滲率下降趨勢在整個降雨過程中較陡，中、小劑量與小雨強的趨勢類似。可見，3個不同降雨強度下，噴施Jag S劑量越大，入滲率越小，入滲率下降速率越大，達到一定劑量時，入滲率小于裸坡入滲率。具體表現為：中、小劑量Jag S均可以增強黃土坡面降雨入滲，減緩降雨入滲在整個降雨過程的下降趨勢，具有較大的穩滲率，大劑量Jag S只有在小雨強下才能達到相同的效果。

2.1.2 不同坡度 降雨強度為1.5 mm min-1時，不同坡度下裸露坡面和噴施3種不同劑量Jag S坡面的土壤入滲率隨降雨過程變化的點繪在圖上，如圖2。

圖2 不同Jag S劑量和不同坡度對降雨過程中坡面入滲速率的影響Fig. 2 Effect of spraying of Jag S on infiltration rate during the process of each rainfall event relative to dosage of the spraying and slope gradient

從圖2中可以看出，不同坡度下，噴施3種劑量的Jag S對黃土坡面的入滲過程均有明顯影響，但規律不同。與裸露坡面相比，3個坡度下，40 min入滲時間內，噴施大劑量Jag S坡面入滲率和穩滲率在整個降雨過程中均小于裸露坡面，噴施中、小劑量Jag S坡面入滲率在最初的0～7 min時間內較裸露坡面入滲率小，但7～40 min內降雨入滲率與裸露坡面差異較大，且隨著噴施劑量增大，這種差異不明顯。

在相同入滲時間內，與裸露坡面相比，隨著降雨時間的變化，1和3 g m-2處理的坡面入滲率下降趨勢較緩慢，穩滲率大，5 g m-2處理的黃土坡面入滲率下降速率較顯著地大于裸露坡面，最終的穩滲率也小。由上述結果可知，不同坡度下，噴施1 g m-2及3 g m-2劑量的Jag S可以增加黃土坡面的降雨入滲率和穩滲率，而且入滲率隨時間的減少速率較裸露坡面平緩。進一步增加Jag S劑量（5 g m-2），土壤降雨入滲率開始逐漸減小至低于裸露坡面。噴施3種劑量Jag S的黃土坡面入滲的差異可能與Jag S對土壤的改良作用有關。這與于健等［16］對PAM添加到土壤后入滲變化趨勢的研究結果相似。

2.2 噴施Jag S下的降雨入滲的強化入滲效應

2.2.1 不同降雨強度 將坡度為15°時，不同降雨強度下噴施不同劑量Jag S時的坡面入滲量及其與裸露坡面入滲量比較所得的強化入滲效應試驗觀測數據列于表2。

從表2中可以看出，同一降雨強度下，噴施Jag S劑量越大，入滲量越小，強化入滲效應越差。1.5和2.0 mm min-1降雨大雨強下，5 g m-2劑量下入滲減少；但1.0 mm min-1降雨強度下，3個劑量下入滲量非常接近，強化入滲效應大小為3 g m-2＞1 g m-2＞5 g m-2。對于同一劑量，降雨強度越大，入滲量越大。總體而言強化入滲效應在1 g m-2劑量下最好，3 g m-2劑量下為2.0 mm min-1＞1.0 mm min-1＞1.5 mm min-1，5 g m-2劑量下1.5和2.0 mm min-1降雨強度下表現為減少入滲效應。將同一劑量3個降雨強度下的強化入滲效應進行平均，得到噴施Jag S劑量1 g m-2時，入滲量較裸露坡面增加22.81%，劑量為3 g m-2時，入滲量較裸露坡面增加13.69%，劑量為5 g m-2時，入滲量較裸露坡面減少6.3%，1 g m-2和3 g m-2劑量表現為強化入滲效應，5 g m-2劑量表現為減少入滲效應（除小降雨強度）。裸露坡面和噴施不同劑量Jag S的坡面入滲量的大小為：1 g m-2＞3 g m-2＞裸露坡面＞5 g m-2。

表2 不同降雨強度下噴施Jag S的強化入滲效應Table 2 Effect of spraying Jag S enhancing infiltration relative to rainfall intensity

表3 不同坡度下噴施Jag S的強化入滲效應Table 3 Effect of Spraying Jag S enhancing infiltration relative to slope

2.2.2 不同坡度 將降雨強度為1.5 mm min-1時，不同坡度下噴施不同劑量Jag S時的坡面入滲量及其與裸露坡面入滲量比較所得的強化入滲效應試驗觀測數據列于表3。

從表3中可以看出，不同坡度相同降雨條件下噴施Jag S對降雨入滲有一定的影響但受劑量影響較大。同一坡度下，噴施Jag S劑量越大，入滲量越小，強化入滲效應越差。5 g m-2劑量下減少入滲效應。對于同一劑量，不同坡度下的入滲量接近，強化入滲效應在1 g m-2劑量下為坡度20°＞10°＞15°，在3 g m-2劑量下變差，5 g m-2劑量下表現為減少入滲效應。將同一劑量3個坡度下的強化入滲效應進行平均，得到噴施Jag S劑量為1 g m-2時，入滲量較裸露坡面增加20.25%，劑量為3 g m-2時，入滲量較裸露坡面增加4.64%，劑量為5 g m-2時，入滲量較裸露坡面減少15.17%，1 g m-2和3 g m-2劑量表現為強化入滲效應，5 g m-2劑量表現為少入滲效應。裸露坡面和噴施不同劑量Jag S的坡面入滲量的大小為：1 g m-2＞3 g m-2＞裸露坡面＞5 g m-2。

綜合以上分析可知，不同坡度不同雨強下，小劑量的Jag S對降雨入滲具有積極的效果但隨著劑量的增加，土壤的入滲率減小，達到一定劑量時，表現為減少入滲效應。同時也可以看出，在相同條件下，與未噴施處理相比，中、低劑量Jag S處理顯著增加了黃土坡面降雨穩滲率，而高劑量處理顯著降低了穩滲率。

2.3 噴施Jag S下的坡面初始產流時間

2.3.1 不同降雨強度 將坡度為15°時，不同降雨強度下噴施不同劑量Jag S時的坡面產流時間及其與裸露坡面產流時間比較所得的產流時間提高百分比試驗觀測數據列于表4。

由表4可以看出，裸露坡面和噴施不同劑量的Jag S的坡面的產流時間均隨雨強的增大而減小。總體而言，噴施不同劑量Jag S的坡面，其產流開始時間均早于裸露坡面，且表現為Jag S噴施劑量越大，坡面產流時間越短，產流時間提前百分率越大。

表4 不同降雨強度下噴施Jag S的產流時間及其提前百分比Table 4 Time of initiation of runoff and advancement of the initiation time in as affected by spraying of Jag S relative to rainfall intensity

表5 不同坡度下噴施Jag S的產流時間及其提前百分比Table 5 Time of initiation of runoff and advancement of the initiation time in percentage as affected by spraying Jag S relative to slope gradient

2.3.2 不同坡度 將降雨強度為1.5 mm min-1時，不同坡度下噴施不同劑量Jag S時的坡面產流時間及其與裸露坡面產流時間比較所得的產流時間提高百分比試驗觀測數據列于表5。

3個不同坡度下，噴施不同劑量Jag S的坡面，其產流開始時間差異很小，但皆早于裸露坡面，且Jag S使用劑量越大產流提前的時間越長，在坡度為20°，劑量為5 g m-2組合條件下，產流提前時間最顯著，達到了3.63 min，大坡度大劑量對降雨產流時間影響較大。

從上述討論和分析中可以得出，噴施Jag S確實具有影響土壤入滲的作用，但其用量的大小可以改變Jag S對降雨入滲的影響結果，小劑量時能夠增加降雨的入滲率，表現為強化入滲效應；大劑量時反而減小了降雨的入滲率，減弱入滲效應，這與陳渠昌等［17］研究得出的小劑量的PAM可以增加降入入滲，大劑量的PAM反而降低降雨入滲的結論一致。

3 討 論

3.1 噴施Jag S對黃土坡面降雨入滲的影響

黃土坡面土壤黏粒含量高、孔隙率低、導水率小，降雨時易在表面產生結皮［1］，從而降低降雨入滲。相比于裸露黃土坡面，在不同坡度不同雨強下，噴施中、小劑量的Jag S對坡面降雨入滲具有積極的效果，能在一定程度上強化入滲效應，這與前人研究得出的另一種高聚物聚丙烯酰胺（PAM）能有效地抑制降雨過程中土壤結皮的形成，提高降雨入滲率的結論一致［18-20］。在降雨的過程中，由于雨滴的打擊，裸露坡面的土壤會分散，崩解成細小的顆粒，細小的土壤顆粒會隨水流進入土壤孔隙中，使土壤孔隙度逐漸變小，劣化土壤結構，從而降低入滲，適量的高聚物Jag S在雨水里充分溶解后隨水流進入土壤的內部，其膠結凝固的作用把土壤牢固地粘結在一起，不易被雨滴打碎，從而使土壤原先的孔隙得以維持。此外，Jag S和PAM類似，可以增加土壤表層顆粒之間的凝聚力，不僅能維持土壤中原有的團聚體，而且能形成新的團聚體，增加土壤團聚體的數量，從而維護良好的表土結構，防治土壤結皮產生，增加土壤的入滲能力。因此，噴施中、小劑量Jag S黃土坡面較裸露黃土坡面可明顯提高降雨入滲，強化入滲效應。不同Jag S噴施量對不同坡度不同雨強降雨入滲過程有明顯影響，但影響趨勢因噴施劑量大小而有差異。噴施中、小劑量Jag S均可以增強黃土坡面降雨入滲，減緩降雨入滲在整個降雨過程中的下降趨勢，具有較大的穩滲率，大劑量Jag S的作用效果卻相反，只有在小雨強下才能達到相同的效果。噴施Jag S劑量較大時，溶解在水中高濃度的Jag S溶液可能會在很短的時間堵塞坡面土壤孔隙以及吸附土壤顆粒從而降低土壤的孔隙度，使噴施大劑量Jag S坡面的入滲率在短時間內快速下降，其下降趨勢較裸露坡面大，達到穩定時的穩滲率也較裸露坡面小，而較小的雨強能使高濃度的Jag S有充分的時間在土壤中進行溶解，從而達到和中、小劑量相同的效果。因此，在實際應用中，要發揮高聚物Jag S的持水效果，應根據當地實際情況選擇合適的噴施劑量。

3.2 噴施Jag S對黃土坡面初始產流時間的影響

陳渠昌等［17］研究表明，高聚物PAM只能改變土壤的入滲速率，對坡地降雨的初始產流時間影響不顯著，而唐澤軍等［18］研究的結果表明PAM對坡地降雨的初始產流時間有一定的影響，其覆蓋率與降雨產流滯后呈正相關關系，尤其在小雨強、小坡度的條件下，這種滯后現象更加顯著。由此可見，高聚物對黃土坡面降雨初始產流時間的影響存在著爭議。本研究結果顯示，在不同坡面不同降雨條件下，噴施不同劑量Jag S的坡面產流均早于裸露坡面，且表現為Jag S噴施劑量越大，坡面越早產流，初始產流時間相對于裸露坡面提前程度越大，這一現象與唐澤軍等［18］研究PAM可以滯后初始產流時間的結論以及陳渠昌等［17］的研究結果不同，其原因可能為：（1）陳渠昌等［17］和唐澤軍等［18］研究中PAM是由丙烯酰胺聚合而成的高分子量、陰離子型、白色粉末非結晶固體，而化學材料Jag S為天然高分子多肽衍生物，是從大豆胚胎中提取出來的一種中性多糖，不帶電，白色粉末狀，分子量僅為30萬～100萬，兩種材料本身的不同而引起的物理化學性質的差異導致它們對不同坡度下坡面產流時間的影響也有差異；（2）兩個試驗材料施用方式有差異導致的。陳渠昌等［17］和唐澤軍等［18］將PAM按一定的比例與黃綿土混合制作成均勻的PAM混合土，使得在降雨初期，PAM在土壤中就能夠充分溶解，發揮良好的改良土壤結構的作用（改善土壤孔隙，使坡面產流滯后）。本試驗采用的方式是噴施，溶解在水中高濃度的Jag S溶液噴施在坡面可能堵塞坡面土壤孔隙以及吸附土壤顆粒從而降低土壤的孔隙度，使坡面在降雨初期的很短時間內產流，且劑量越大，現象越顯著。由表4～表5分析可得，不同雨強及坡度下，與裸露坡面相比，噴施不同劑量的Jag S的坡面產流時間均有提前，表現為劑量越大，提前的百分率越高，分析認為，可能是在降雨試驗最初時間及產流的最初時間里，一方面Jag S沒有充分溶解，而未溶解的Jag S可能堵塞土壤孔隙從而降低土壤的孔隙度，另一方面溶解的Jag S可能會吸附由于雨滴的打擊形成的一些細小的土壤顆粒，這些相互吸附的細小顆粒會填充或沉積在土壤表層的孔隙中，改變土壤的表面結構，使土壤顆粒更緊密地堆積，從而更易產生具有封閉性的結皮，使得入滲率快速下降，因此，經Jag S處理后的坡面較裸露坡面在很短的時間內產流，且劑量越大，這種現象越明顯。但隨著降雨的繼續，Jag S已充分發揮作用，細小的土壤顆粒就會形成大的土壤團聚體，改善土壤表面的結構，因而會減弱由于充填或沉積而產生的封閉作用。

4 結 論

采用人工模擬降雨試驗方法，在分析裸露坡面入滲過程的基礎上，對比分析了噴施Jag S坡面與裸露坡面入滲過程特征，揭示了Jag S對坡面入滲的影響。在不同坡度不同雨強下，與裸露坡面相比，中小劑量Jag S能夠明顯提高土壤入滲性能，減緩降雨入滲在整個降雨過程的下降趨勢，提高穩滲率，大劑量Jag S處理反而明顯降低土壤入滲性能。雖然噴施不同劑量Jag S的坡面與裸露坡面相比可以增加坡面降雨的穩滲率，但在一定程度上減少了降雨前期入滲率，在產流時間上也早于裸坡，且表現為Jag S噴施劑量越大，坡面越早產流，產流時間相對于裸露坡面提前程度越大。高分子化學材料Jag S在一定程度上可以降低降雨入滲減少速率、增加降雨的入滲和降雨的穩滲率，為水土保持措施的選擇提供依據，但由于Jag S是一種新型高分子化學材料，對于它的研究在一定程度上存在很多的不足，例如對于Jag S與土壤的作用機理，最佳使用量，時效性以及對不同土壤類型的作用是否相同等問題仍不是很清楚，有待于進一步研究。

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Effect of Spraying Jag S on Rain Water Infiltration on Loess Slope

LI Yuanyuan1WANG Zhanli1，2?LIU Jun’e3JIAO Nian4ZHANG Jiaqiong1
（1 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau，Northwest A＆F University，Yangling，Shaanxi 712100，China）
（2 Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources，Yangling，Shaanxi 712100，China）
（3 College of Tourism and Environment，Shaanxi Normal University，Xi’an 710019，China）
（4 Xifeng of Soil and Water Conservation Scientific Experiment Station of Yellow River Water Conservancy Commission，Xifeng，Gansu 745000，China）

【Objective】The technology of using chemicals to control soil erosion is mainly implemented through spraying high molecular compounds over on the surface soil layer to improve its soil structure，to enhance stability of its soil aggregates，to prevent dispersion of its clays and hence to increase rain water infiltration rate and eventually to control surface runoff and soil erosion. Jag S is a kind of neutral polysaccharide and a new type of high polymer. This study on effect of the use of this high polymer on rainwater infiltration rate in loess slopes is intended to lay down a new theoretic basis for applying the technology of using chemicals to control soil erosion to the Loess Plateau in arid and semi-arid regions for erosion control and water conservation. Control of soil erosion with chemicals is a new method，which is developed on the basis of the modern chemical industry and different from the traditional soil and water conservation methods.【Method】An indoor experiment was conducted in the Rainfall Simulation Hall at the State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau at the Institute of Soil and Water Conservation. A rainfall simulator system with side-sprinklers was used to simulate rainfall events different in intensity ranging from 0.5 to 3.5 mm min-1. The sprinklers were 16 m high above the experimental field，providing simulated rainfall events over 80% in uniformity and raindrops 0.25 to 0.375 mm in diameter，when a rainfall event was set at 1～2 mm min-1in rainfall intensity. Kinetic energy of the raindrops striking at surface soil of the field ranged from 365 to 847 J h-1m-2. The indoor simulated rainfall experiment was designed to explorerelationships of rain water infiltration rate and initiation time of runoff with dosage（1，3 and 5 g m-2）of Jag S used relative to slope gradient（10°，15° and 20°）and rainfall intensity（1.0，1.5 and 2.0 mm min-1）.【Result】Results show that compared with the CK slope，all the slopes sprayed with Jag S regardless of rate were lowered in infiltration rate during the initial period of all rainfall events. However，the spraying of 1 and 3 g m-2Jag S significantly raised rain water infiltration rate on all loess soil slopes in the late stages of the rainfall events，and reduced the buffering effect during the initial periods of the rainfalls. Consequently，the rain water infiltration rate increased by 21.53% and the infiltration enhancement rate by 9.17%. On the contrary，the spraying of 5 g m-2Jag S weakened the rainfall water infiltration rate in all rainfall events except for the one lowest in intensity（1.0 mm min-1）and in all the loess slopes. The soil slopes sprayed with Jag S，regardless of rate，differed very slightly in runoff initiation time，however，they had runoff initiated earlier than the CK slope. The higher the Jag S spraying rat，the earlier the runoff initiated. Obviously the effects of a high Jag S spraying rate and a high slope gradient on runoff initiation were significant. The runoff initiation advancement rate on slopes sprayed with 1，3 and 5 g m-2was 47.26%，50.47% and 66.28%，respectively，under rainfalls the same in intensity. 【Conclusion】All the finding indicate that Jag S is to a certain extent，effective to improve soil structure of the loess slopes and increase rainwater infiltration rate and hence reduce soil erosion. Consequently，spraying of the neutral polymer Jag S on surface soil of a loess slope is a potential alternative to control soil erosion on the Loess Plateau. The findings of this study may serve as a scientific basis for soil and water conservation using polymers.

Polysaccharide（Jag S）；Loess slope；Rainfall infiltration；Soil and water conservation

S157.1

A

（責任編輯：檀滿枝）

10.11766/trxb201609170365

* 國家自然科學基金項目（41471230，41601282）、陜西省自然科學基金項目（2015JQ4115）、國家重點研發計劃課題（2016YFC0402401）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos. 41471230，41601282），Shaanxi Province Natural Science Foundation of China（No. 2015JQ4115），the National Key Research and Development Program of China（No. 2016YFC0402401）

? 通信作者 Corresponding author，E-mail：zwang@nwsuaf. edu.cn

李元元（1988—），女，安徽省蚌埠市人，博士研究生，主要從事土壤侵蝕研究。 E-mail：836434985@qq.com

2016-09-17 ；

2017-02-24；優先數字出版日期（www.cnki.net）：2017-03-24