聚丙烯酰胺與瓜爾膠復(fù)配改良水電站剝離表土用于渣場(chǎng)生態(tài)修復(fù)的現(xiàn)場(chǎng)效果研究

關(guān)鍵詞：水電站；渣場(chǎng)；聚丙烯酰胺（PAM）；瓜爾膠（GG）

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）07-0193-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.057

Study on the Site Effect of Using PAM and GG Compound to Improve the Stripping Surface Soil of Hydropower Stations for Ecological Restoration of Slag Yards

LIUZhendong'，LIANGJuntaol，LIWenbo’，WUYuxi2，CAOZhihua2 （1.Xizang Datang Zhala Hydropower Development Co.，Ltd.，Changdu854Oo0， China; 2.BeijingNormal University，Beijing 1OO875，China）

Abstract：Inorder tosolvetheproblemsofloosesurface structureandlackof nutrients intheslagyardof hydropower stations，this study took the slag yardof Zhala Hydropower Stationasanexample，and thecombinationof anionic Polyacrylamide（PAM）andGuarGum（GG）was used toamend the stripped topsoilof Zhala HydropowerStationat150and 300g/m² ，respectively.The slag yard surface was covered with theamended topsoil.The organic fertilizer was thenadded at 1.5kg/m² .Thenutrientretentionabilityof thereconstructedslag yard topsoil was investigated，togetherwith itsinfluence onthegrowthofnative plants.Theresultsshowedthatthe matrix constructedbythecombinationofPAMandGGincreased thecontentofrganicmater，totalrogen，totalphosphorusndtotalotassuminthetopsoil.Teutrientcoetofthe topsoilitheearlyandlatestagesofsoilcoverwasmuchhigherthanthebackgroundvalue，anditalsohadasignificant improvementefectontheavailablenitrogen，phosphorus，andpotassiumcontent.Thereconstructionoftopsoil intheslag yardhaspromotedthegrowthofplantssuchstallescue，alkaligass，arlymaturinggrasndstargrass，andiased vegetation coverage.

Keywords： hydropower station; slag yard; Polyacrylamide （PAM）; Guar Gum （GG）

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中產(chǎn)生的大量棄土棄渣已成為一個(gè)不容忽視的環(huán)境問題。這些棄渣場(chǎng)的存在不僅占用了寶貴的土地資源，還引發(fā)了土壤流失、水污染等一系列生態(tài)環(huán)境問題[1，嚴(yán)重削弱了區(qū)域的水土保持能力。這些棄渣場(chǎng)的生態(tài)修復(fù)已成為當(dāng)前水土保持領(lǐng)域的重點(diǎn)。

水電站在建設(shè)過程中產(chǎn)生了大量的塊石以及碎石，形成大面積的渣場(chǎng)。渣場(chǎng)覆土層較薄、結(jié)構(gòu)松散、黏聚力小、養(yǎng)分缺乏，故而植物生長(zhǎng)條件缺失，自然恢復(fù)過程緩慢[2。因此，改良水電站渣場(chǎng)覆土結(jié)構(gòu)以及提升土壤肥力是實(shí)現(xiàn)其快速有效生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。在此背景下，添加土壤改良劑作為一種重要的生態(tài)修復(fù)手段，引起了廣泛關(guān)注。

以天然材料如禽畜糞便、農(nóng)林類廢棄物為原料制備的環(huán)保型土壤改良劑[3]，在改善渣場(chǎng)覆土結(jié)構(gòu)及提升土壤肥力方面具有顯著效果[4。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，牛羊排泄物作為一種有機(jī)肥料，富含有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀等營(yíng)養(yǎng)元素[5]，能有效促進(jìn)植物的營(yíng)養(yǎng)吸收，從而加速植物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量。此外，牛羊糞肥的應(yīng)用有助于優(yōu)化土壤的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而改善土壤的物理結(jié)構(gòu)。聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）具有良好的絮凝性和水溶性，能增加土壤團(tuán)聚體數(shù)量，有效減少土壤侵蝕[。瓜爾膠（GuarGum，GG）作為天然高分子聚合物，親水能強(qiáng)，溶入水中顯示出較強(qiáng)的黏性，有效提高了土體抗沖刷能力[8。目前，結(jié)構(gòu)調(diào)理劑與天然高分子聚合物改良劑復(fù)合作用對(duì)土壤性質(zhì)及植物生長(zhǎng)改善效能的研究較少。

本研究探討結(jié)構(gòu)調(diào)理劑與天然高分子聚合物改良劑組合對(duì)水電站渣場(chǎng)覆土的改良效果，通過分析復(fù)合改良劑對(duì)渣場(chǎng)覆土結(jié)構(gòu)、肥力及植物生長(zhǎng)的影響，為我國(guó)大型項(xiàng)目施工擾動(dòng)區(qū)的生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1材料來源

試驗(yàn)小區(qū)位于扎拉水電站施工擾動(dòng)區(qū)。扎拉水電站地處青藏高原東部的高山峽谷區(qū)，壩址位于左貢縣碧土鄉(xiāng)扎郎村附近，廠址位于察隅縣察瓦龍鄉(xiāng)珠拉村，屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，少雨期較長(zhǎng)，下墊面條件復(fù)雜，屬于水土流失重點(diǎn)治理區(qū)。采集水電站剝離的熟土樣品，并分析其理化性質(zhì)。

選取高羊茅、披堿草、草地早熟禾、星星草4種當(dāng)?shù)爻Ｒ姴荼局参锱c白刺花、枸子、小檗、沙棘、云杉、黃刺玫6類灌木進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)草灌結(jié)合栽種。這些草本鄉(xiāng)土植物根系發(fā)達(dá)，存活率極高，耐踐踏，再生能力強(qiáng)，耐旱耐鹽堿，綠期長(zhǎng)，且維護(hù)簡(jiǎn)便，不易生病。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)場(chǎng)踏勘后選擇3個(gè)不同地形的渣場(chǎng)點(diǎn)位作為試驗(yàn)小區(qū)，分別命名為渣場(chǎng)平地區(qū)、溜渣區(qū)、框格區(qū)，如圖1、圖2、圖3所示。在這些試驗(yàn)小區(qū)表層覆蓋改良表土，并栽種植被。

圖1渣場(chǎng)平地區(qū)

圖2溜渣區(qū)

圖3框格區(qū)

現(xiàn)場(chǎng)使用PAM和GG改良剝離表土，促使其形成穩(wěn)定的團(tuán)聚體，提高其保水保肥能力，用作植物生長(zhǎng)基質(zhì)，覆蓋于渣場(chǎng)地表，形成約 20cm 后表土重構(gòu)層。具體地，將 150g/m² 的PAM和 300g/m² 的GG與表土混勻，每個(gè)處理設(shè)置2個(gè)平行小區(qū)。按照 1.5kg/m² 水平向各處理追施底肥。在2023年8月向覆土層中撒播披堿草、高羊茅、草地早熟禾、星星草草籽，同時(shí)栽種白刺花、栒子、小檗、沙棘、云杉、黃刺玫6類灌木，并配以常規(guī)養(yǎng)護(hù)措施。記錄植物生長(zhǎng)性狀。2023年9月和2024年8月分別采集不同小區(qū)的表層土壤樣品并測(cè)量其理化性質(zhì)。

1.3樣品分析

按照《土壤農(nóng)化分析》中的方法測(cè)量土樣中的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀及其有效態(tài)含量[。其中，用滴定法測(cè)量有機(jī)質(zhì)、總氮、堿解氮含量，用鉬銻抗分光光度法測(cè)量總磷和速效磷含量，用火焰光度計(jì)測(cè)定總鉀和速效鉀含量。

2 結(jié)果與分析

2.1渣場(chǎng)表層養(yǎng)分本底值

不同地形渣場(chǎng)試驗(yàn)小區(qū)的表層養(yǎng)分本底值如表1所示。與全國(guó)第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，研究區(qū)的土壤肥力水平總體偏低。具體地，平地、框格、溜渣3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的表土有機(jī)質(zhì)含量分別為 0.339% 、 0.578% 和 0.254% ，均小于 0.6% ，處于V級(jí)，即極貧乏水平。當(dāng)總氮含量小于 0.5g/kg 時(shí)，處于V級(jí)水平，平地、框格、溜渣3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)表土總氮含量分別為0.25、0.26、0.13g/kg ，均處于極貧乏水平。平地和框格2個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的表土總磷含量分別為0.54、 0.60g/kg 為V級(jí)水平，而溜渣試驗(yàn)小區(qū)的表土總磷含量?jī)H為0.25g/kg ，為V級(jí)水平。從總鉀含量來看，3個(gè)試驗(yàn)區(qū)的含量均在 10g/kg 以下，平地和框格2個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的表土總鉀含量為V級(jí)水平，溜渣試驗(yàn)小區(qū)的表土總鉀含量最低，僅為 3.93g/kg ，即極貧乏水平。

表1不同地形渣場(chǎng)試驗(yàn)小區(qū)的表層養(yǎng)分本底值

單位：g/kg

2.2渣場(chǎng)重構(gòu)表土養(yǎng)分含量變化

氮對(duì)植物光合作用有促進(jìn)作用，可以使植物葉片顏色更鮮亮[；磷有助于植物早期根系的發(fā)育，對(duì)植物適應(yīng)能力有顯著的提升[11]；鉀可以增強(qiáng)植物抗逆性[12]。由圖4可知，PAM與GG復(fù)配構(gòu)建的基質(zhì)增加了表土有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量，覆土初期和后期表土養(yǎng)分含量均遠(yuǎn)高于本底值。其中，有機(jī)質(zhì)在覆土初期均能達(dá)到Ⅲ級(jí)以上，在后期均能達(dá)到Ⅳ級(jí)及以上；總氮在覆土初期均能達(dá)到Ⅱ級(jí)以上，在后期均能達(dá)到Ⅲ級(jí)及以上。1年后（期間未施肥），至少一半以上有機(jī)質(zhì)和總氮被保留在表土中，這說明復(fù)配改良有顯著成效。對(duì)于總磷，平地、溜渣、框格3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)在覆土初期分別為0.81、0.79、 0.78g/kg 平地、溜渣2個(gè)試驗(yàn)小區(qū)在后期總磷含量分別提升了27% 和 21% ，框格試驗(yàn)小區(qū)總磷含量基本持平，覆土前期和后期表土總磷含量均大于 0.7g/kg ，高于Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)覆土初期總鉀含量為 11.92‰ 12.85g/kg ，屬于V級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；后期含量有明顯提高，其中平地和框格試驗(yàn)小區(qū)的總鉀含量已達(dá)到Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，這與譚立偉等[2的研究結(jié)果相似，說明施加PAM與GG有助于提升土壤對(duì)養(yǎng)分的固持效果。

圖4不同地形渣場(chǎng)試驗(yàn)小區(qū)重構(gòu)表土養(yǎng)分含量變化2.3渣場(chǎng)重構(gòu)表土速效養(yǎng)分含量變化

由圖5可知，PAM與GG復(fù)配構(gòu)建的基質(zhì)不僅增加了表土有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷和全鉀含量，且對(duì)氮磷鉀有效態(tài)含量也有顯著提升效果。堿解氮被廣泛認(rèn)為是評(píng)估土壤中可供植物吸收利用氮素形態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)。該指標(biāo)數(shù)值越大，說明土壤氮素的有效性越強(qiáng)，從而對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生更為顯著的促進(jìn)作用。不論是覆土前期還是后期，表土中堿解氮均在 90mg/kg 以上，達(dá)到了Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，平地試驗(yàn)小區(qū)覆土初期表土和框格試驗(yàn)小區(qū)覆土后期表土堿解氮含量分別為136.40、 133.93mg/kg ，處于Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此外，有效磷與速效鉀分別代表了植物能夠直接攝取的磷鉀養(yǎng)分形態(tài)，在植物生長(zhǎng)發(fā)育過程扮演著重要的角色。養(yǎng)分的充足供應(yīng)是維持植物生理功能及提升作物產(chǎn)量的重要因素。3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的速效磷含量均大于 8mg/kg ，平地和框格2個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的速效磷分別為17.14、 10.09mg/kg ，達(dá)到Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；溜渣和框格覆土后期的速效磷含量為覆土初期的2倍。平地、溜渣、框格3個(gè)試驗(yàn)小區(qū)覆土初期速效鉀含量分別為124.89、133.97、 134.70mg/kg 均達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，覆土后期速效鉀含量分別提高了35% 、 13% 和 53% 。李平等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)施用PAM等具有良好吸附性與聚凝性的土壤改良劑可以促使土壤中水穩(wěn)性大團(tuán)聚體的形成，從而提高養(yǎng)分吸附與固持。本研究結(jié)果可以印證上述觀點(diǎn)。圖6為復(fù)配基質(zhì)使用后試驗(yàn)區(qū)植物的生長(zhǎng)狀況，可以看出植物長(zhǎng)勢(shì)極好。綜上所述，PAM與GG復(fù)配構(gòu)建的基質(zhì)可以顯著提高土壤的養(yǎng)分固持效果。

圖5不同地形渣場(chǎng)試驗(yàn)小區(qū)重構(gòu)表土速效養(yǎng)分含量的變化

圖6覆土后植物生長(zhǎng)情況

3結(jié)論

本研究以扎拉水電站的不同地形渣場(chǎng)為例，分析了PAM和GG復(fù)配改良剝離表土覆蓋于渣場(chǎng)地表后，渣場(chǎng)重構(gòu)表土養(yǎng)分固持能力，并評(píng)估了其對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。研究表明，PAM和GG復(fù)配改良劑顯著改善了土體結(jié)構(gòu)，提升了表土對(duì)有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀元素及其有效態(tài)的固持效果，為植物生長(zhǎng)提供了養(yǎng)分；復(fù)配改良劑提升了土壤質(zhì)量，減輕了植物所承受的環(huán)境壓力，可促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。

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