高分子聚合材料PAM对土壤物理性质的影响

胡文明++刘艳民++夏海江

摘要 通过对大量试验资料的分析，阐述了高分子聚合材料PAM对土壤物理性质的影响，其中包括PAM对改良土壤结构、增强土壤水稳性和渗透性的影响及对土壤抗蚀性的影响等。

关键词 高分子聚合材料；PAM；土壤；物理性质；水土保持

中图分类号 S152 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）22-0163-01

水土流失是制约我国经济发展的重要因素。土壤入渗及保蓄水能力差，同样的降雨会造成降雨更多地形成地表径流，冲刷土壤，带走细颗粒及有机成分，破坏土壤结构，降低土壤肥力，恶化作物生长的生态环境，对国民经济和农业可持续发展构成严重威胁。水土流失问题已经纳入国家重点治理领域。纵观我国水土流失治理技术，主要有建设工程设施拦截、种植生物措施改善以及因地制宜采用适宜的农业耕作方式，普遍存在投资大、实施难、效果差的问题。

随着化学工业的发展，化学产品在国民经济发展各领域得到广泛应用。采用化学产品进行水土流失治理与研究已经成为一个新的研究领域。聚丙烯酰胺（英文简称PAM）是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和共聚物的统称，已经被广泛应用于水处理等以及农业土壤改良[1-2]。为深入探讨聚丙烯酰胺在水土流失治理领域的应用，开展了大量试验研究。本文主要针对聚丙烯酰胺对土壤物理性质影响方面的试验研究取得的大量数据资料，进行了系统分析和整理。

1 试验地概况与研究方法

试验地点位于辽宁省西丰县泉河水土保持试验站室内试验小区进行。试验土壤选用具有代表性的辽西地区的砂壤土和辽北地区的中壤土及轻壤土，每种土质设2个处理，即PAM处理和对照（CK）。供试聚丙烯酰胺为辽宁省抚顺市化工六厂生产的阴离子型分子量300万～400万。试验小区长度2.0 m，宽度为0.5 m，小区土壤初始铺设厚度为0.3 m。小区田面纵向坡度为10°，为盛接小区径流和土壤侵蚀量，小区下游末端均设出水口和盛水池。试验降雨系统采用微喷模拟人工降雨，水源为储水池，供水水泵型号为Qd×2-16-0.25潜水泵，降雨强度控制在60 mm/h，每次降雨历时控制在3 h。将0.3 g聚丙烯酰胺溶于适量温水中，再定容在1 000 mL，摇匀后均匀喷施在小区田面。小区静置24 h后，进行模拟降雨。降雨完成后，小区再静置24 h后进行小区取样和各项试验，测定土壤物理性质变化[3]。

2 结果与分析

2.1 PAM对土壤沉降系数的影响

辽西砂壤土在经过PAM处理后，沉降系数由158%增加到172%，增加了9%；辽北地区的中壤土沉降系数由原来的144%增加到161%，增加了12%；辽北地区的轻壤土沉降系数也增加了8%（表1）。

这些变化表明，PAM能够改善土壤的沉降系数，有利于增强土壤的水稳性，提高土壤的抗水蚀能力。

2.2 PAM对土壤微团聚体的影响

经PAM处理后，3种土壤的分散系数减少了7%～19%，结构系数增大了3%～8%，这些说明土壤的微团聚体在浸水状况下结构性能增强，提高了土壤微结构的稳定性，从而有利于土壤的保水和保肥的作用（表2）。

2.3 PAM对土壤团聚体的影响

各个试验区域经PAM处理1 d后进行观测，发现降雨后土壤团聚体增加、疏松、不板结，而CK的表层土壤板结僵硬。试验结果表明，土壤使用PAM后，辽西地区的砂壤土水稳定性团聚体增加最为明显，增幅达到51%（表3），说明PAM对土壤结构有良好的改善作用。

2.4 PAM对土壤渗透性的影响

试验结果表明，土壤经PAM处理后，土壤渗透系数比CK增加32%，利于减少地表径流和雨水入渗，从而降低土壤侵蚀程度，有利于水土保持（表4）。

3 结论与讨论

3.1 结论

PAM具有改善土壤水稳性、改良土壤结构、增大土壤渗透性的作用[4-6]。试验结果表明，土壤经过PAM处理后，沉降系数增大8%～12%，分散系数减少7.1%～28.6%，结构系数增大3.2%～10.0%。因此，PAM处理后土壤检测指标趋向有利方向变化，表明了土壤保水性能增强。此外，土壤水稳性团粒含量增加4.5%～51.4%，土壤渗透系数增大32%，团聚体明显改善，微团聚体也得到改善。由于土壤结构的改良，其可以为作物生长提供更好的水、肥、气、热等条件，使土壤疏松透气，利于作物增产。此外，PAM不改变土壤的酸碱性。PAM是一种高分子聚合物材料，呈中性，当其溶解于水并与土壤颗粒发生作用时，不影响土壤溶液的酸碱平衡。

3.2 讨论

根据以上试验结论，提出以下建议：一是针对不同侵蚀土壤应用PAM的治理技术。辽宁省现有坡耕地73.33万hm2，这些耕地低产薄收的主要原因之一是水土流失严重，为了进一步认识PAM的上述作用，建议按不同土质建立较大规模的试验观测区，来探索不同侵蚀土壤应用PAM的治理技术。二是利用PAM减缓水库淤积。辽宁省多泥沙河流及多泥沙水库现存的泥沙淤积问题比较严重，建议在其集水范围内的水土流失严重地段，建立较大规模的试验观测区，应用PAM进行保护多泥沙河流的河道和减少整治工程量的研究，以减缓多泥沙水库的淤积过程，延长水库有效使用寿命，发挥水库工程的更大效益。

4 参考文献

[1] 严瑞.水溶性高分子[M].北京：化学工业出版社，1998：84-171.

[2] 刘孝义.土壤物理化学及土壤改良研究法分析[M].沈阳：辽宁科技出版社，1982.

[3] 韩凤朋，郑纪勇，李占斌，等.PAM对土壤物理性状以及水分分布的影响[J].农业工程学报，2010（4）：70-74.

[4] 于健，雷廷武，SHAINBERG I，等.不同PAM施用方法对土壤入渗和侵蚀的影响[J].农业工程学报，2010（7）：38-44.

[5] 于健，雷廷武，SHAINBERG I，等.PAM特性對砂壤土入渗及土壤侵蚀的影响[J].土壤学报，2011（1）：21-27.

[6] 曹丽花，赵世伟，梁向锋，等.PAM对黄土高原主要土壤类型水稳性团聚体的改良效果及机理研究[J].农业工程学报，2008（1）：45-49.