聚合物型土壤固结剂对土壤的固结性能及其在苗木移栽上的应用*

王少丽 杨绪平 雒超星 熊正奇 王少博 宋盛菊 刘丽丽 李少锋

(1.林木遗传育种国家重点实验室 中国林业科学研究院华北林业实验中心 北京九龙山暖温带国家森林长期科研基地 北京 100091；2.中国林业科学研究院 北京 100091；3.黑龙江工程学院材料与化学工程学院 哈尔滨 150050；4.北京阳盛新材料科技有限公司 北京 102299；5.中国运载火箭技术研究院研究发展部 北京 100076)

随着城市空气污染的加剧，增加城市绿化树的拥有量将有助于改善城市生态环境，提高人们的生活质量(Arnold,2005)。在城市绿化工作中，苗木移栽的成活率是评价造林绿化工程质量的重要标准之一。在苗木移栽过程中，苗木土球的完整无损是保证苗木栽植成活率的关键(邹超等，2014)。合格的土球可以有效保护苗木根部不失水，保持树体的最原始状态；苗木的土球越大，土球保持的越完整，对移栽的苗木伤害越小，返苗越快，成活率越高。一般情况下，对土球大小的要求是要大于树木本身胸径的5～10倍，土球的高度一般为土球直径的2/3左右。由于育苗地多为疏松的土壤，在湿润的苗圃条件下土壤本身结块能力较差，苗木特别是大苗(或大树)起苗时难成土球的现象时有发生，有的虽然勉强成球，但在运输过程中很容易被压碎，勉强栽植，成活率低，且苗木死亡造成的损失较大。另外，现在的起土球操作不但技术要求高，且对土球必须进行包裹、捆绑甚至木箱包装(Sun,2015)；即便如此，在苗木的装卸和运输过程中，也会出现大量土球破碎的现象。因此，要保证土球的完整性，首先应在起苗前从改变苗木根系部位土壤的松散特性入手。如果能研发一种固化物质，在苗木移栽前浇灌于其根系部位使苗木根部的土壤形成坚固的类似“混凝土状球”，待苗木栽植后再浇灌另一种物质或经过特定的时间能自行分散成原状土。这样不仅能从根本上解决起苗带土难的问题，还可有效地解决苗木在装卸运输过程中，土球易破碎的问题，还可以节省大量的包装材料。

目前，对土壤起快速固结作用的是土壤固化剂(Taoetal.，2015)，其主要是作为一种新型建筑材料，广泛应用在建筑地基处理、公路路基加固、水利工程等领域(李琴等，2011；周海龙等，2014；米吉福等，2017;Zhaoetal.,2016；Zhuetal.,2008;Liuetal.,2011)。该类固化剂主要是以固化土壤为目标，属于单向固化，并不能再让固化的土壤松散(Katzetal.，2001;Wangetal.,2015)，尤其是无机类的土壤固化剂会对土质产生严重的负面影响，固化后的土层基本丧失了植物生长能力，且固化土中的碱性物质随雨水渗入到附近的土地会对植被产生危害(Linetal.,2016;Cuisinieretal.,2011)。所以，建筑所用的土壤固化剂不能用于苗木移植。因此，为了探索新型苗木移栽技术，需要对能固结移栽苗木根部土壤且不影响苗木成活的固结剂开展研究。

由于新型苗木移栽的土壤固结剂既要考虑原料的环保性，又要保证固结剂的流动性及其对土壤的固结性能，还要考虑固结剂在固结土壤后具备良好的降解性能。因此，选择天然高分子化合物作为其主要的合成原料。魔芋葡甘聚糖(KGM,konjac glucomannan)是一种无色、无毒、无异味，具有高亲水性的高分子化合物(Nishinari，2000；顾蓉等，2013)。它吸水后呈胶液状。该胶液呈现出很高的粘性，也具有很好的保水性(王丽霞等,2011;顾蓉等,2014)。同时，该胶液体是一种假塑性流体，剪切力使其变稀，即粘度下降(顾蓉等，2010)。因此，KGM能满足环保型土壤固结剂的制备要求。但是魔芋葡甘聚糖耐水性较差，不能直接作为聚合物型土壤固结剂的唯一成分；壳聚糖(Chitosan，CA)是自然界中唯一的天然碱性多糖，也是甲壳素最主要的衍生物(封晴霞等，2018)。由此可见，壳聚糖也能满足环保型土壤固结剂的制备要求。但是由于壳聚糖的价格较高，一般不将其作为唯一的制备材料使用。壳聚糖的分子结构中含有多种功能基团，可生成各种具有不同物理、化学性质及生物功能的壳聚糖衍生物(刘澜等，2009)。KGM和CA共混可有效地改善高分子材料性能。(王碧等，2006；王英等，2009；赵国骏等，1998)。因此，将CA作为KGM的共混材料，不仅具有结构上的可行性，在性能上也能改善KGM耐水性差的问题；聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)是粉末状水溶性高分子树脂，无毒无害，价格低廉，成膜性好且生成的胶膜强度高(武战翠，2012)。为了进一步保证聚合物型土壤固结剂的成膜性能及其胶膜强度，需要根据其应用要求在KGM与CA的共混胶液中适当加入PVA增强其性能。

因此，笔者以KGM和CA为主要原料，PVA为助剂，采用高分子共混技术成功制备了KGM/CA二元共混型和KGM/CA/PVA三元共混型土壤固结剂(王少丽等,2019；Wangetal.,2021)。本研究主要是研究制备的共混型土壤固结剂对土壤的固结性能，重点研究了固结土柱的抗运输振荡性；然后通过将聚合物型土壤固结剂在桑树(Morusalba)幼苗、沙地柏(Juniperussabina)幼苗和大叶黄杨(Euonymusjaponicus)移栽过程中的应用，考察了聚合物型土壤固结剂对壤土和砂质土壤的固结效果，以及聚合型土壤固结剂的应用对苗木移栽带来的便利性和其应用对移栽苗木的影响。本研究通过将前期制备的性能较佳的聚合物型土壤固结剂应用在苗木移栽上，形成苗木移栽的新技术，以期将高分子聚合物的应用逐步扩展到造林绿化等生态环境工程中。

1 材料与方法

1.1 试验材料 1)土壤固结剂的制备方法 主要以KGM、CA与PVA为主要原料，按照原来的制备方法(王少丽等，2019)，制备成KGM/CA共混胶液，再加入助剂PVA制备KGM/CA/PVA三元共混胶液，然后根据需要加入增黏剂和防腐剂等。将胶液自然冷却至室温条件下密封备用。具体制备过程如下：首先，将200 mL一定浓度的冰醋酸溶液加入到500 mL四口烧瓶中，再加入一定比例的KGM和CA进行搅拌，调整搅拌器转速为400 r·min-1，同时将混合溶液加热到一定的温度使KGM与CA充分混合1 h左右，然后再在混合溶液中加入一定浓度的NaOH溶液调整溶液的pH值，形成KGM/CA二元共混胶液。在KGM/CA混合溶液中加入一定浓度的PVA搅拌1 h，即可制成KGM/CA/PVA三元共混胶液。

2)土壤固结剂的应用材料 选用华北地区的特色土壤褐土为主要的土壤固结材料。根据试验需求，选择褐土中的壤土制备固结土柱。移栽苗木选用桑树沙地柏和大叶黄杨幼苗。试验不同，选用褐土的质地不同。移栽桑树幼苗选用壤土，移栽沙地柏幼苗和大叶黄杨选用砂质土壤。

1.2 试验仪器 水浴加热锅；机械搅拌器；体视镜(leica DFC425C)；模拟运输振动试验台MPA3324/H1248A(10 T)和LS437A/BT900 M(4 T)；有效载荷300 kg的模拟运输振动试验台HK-120。

1.3 土柱样品的制备 参照前期固结土柱的制备方法，将土壤在烘箱中烘干至恒质量，取400 g干燥的土壤与100 g的纯净水混合并搅拌均匀。然后以环刀为模具，将土壤制备成2种不同型号的土柱(型号1：模具直径50 mm，高50 mm；型号2：模具直径100 mm，高64 mm)。用模具1制备的型号1土柱样品需要100 g混合均匀的潮湿土壤，而用模具2制备的型号2土柱样品则需要400 g混合均匀的潮湿土壤。将土柱脱模后，在土柱的侧表面和上、下表面分别喷涂上KGM/CA或者KGM/CA/PVA共混型聚合物胶液。型号1的土柱样品需要10 g的聚合物胶液即可将土柱的各个表面覆盖均匀，而型号2的土柱样品则需要40 g的聚合物胶液。在无雨的天气下，将土柱样品在户外晾晒1～2天至土柱表面完全固结。

1.4 砂质土球和固结砂质土球的制备方法 1)砂质土球的制备方法：根据苗木根部砂质土壤的质量，掺入适量的水增加其黏度，将土壤压实，使土壤在移栽苗的根部形成一个砂质土球。2)固结砂质土球的制备方法:按照砂质土球的制备方法，首先在移栽苗的根部形成一个砂质土球，然后将聚合物型土壤固结剂均匀的喷涂在砂质土球表面，最后将喷有聚合物型土壤固结剂的砂质土球自然晾干1天左右，待胶液在土球表面固结形成具有坚硬外壳的砂质土球即可。

1.5 苗木移栽新方法初探 以壤土为主要固结对象，采用生长在户外的胸径为5～10 mm的苗木为主要移栽对象。首先在苗木根部以移栽苗为圆心，圈出1个直径10～15 cm的圆，然后将圆外侧的土壤由上至下逐步清理，直至移栽苗根部形成1个圆锥状的土球(图1)。该圆锥状土球底部与地面约有1 cm2的接触面相互衔接。随后，将土壤固结剂胶液喷涂在圆锥状土球的上表面和侧表面。经过1天左右的固结，土球表面的胶液与表层土壤混合形成坚硬的外壳。砂质土壤上移栽苗木，除在苗木根部固结砂质土球的制备方法略有不同外，移栽方法与壤土上移栽方法类似。

图1 圆锥状土球模型Fig.1 The model of conical soil ball

1.6 固结土柱的性能测试与结构表征 1)土柱表面的胶膜形貌观察 采用Leica DFC425C体式镜观察固结土柱上表面固结膜的表面形貌。将型号1的固结土柱样品放置在载物台上，从目镜中观察载物台上的土柱胶膜，然后通过调整“光源”和“调焦/变倍”获得土柱样品表面固结胶膜的最佳图像，并将图像传送至软件的图片窗口进行保存。

2)土柱抗运输震荡性测试 方法1：根据GJB150.16A-2009《军用装备实验室环境试验方法-振动试验》中第16部分“振动试验”和第18部分“冲击试验”，需要对固结土柱进行模拟运输抗振荡性能的测试。测试试验包括：高速公路卡车振动试验、组合轮式车振动试验和冲击试验。在高速公路卡车运输振荡试验、组合轮式车运输振动试验和冲击试验都进行了横向、纵向和垂向3个方向的测试。高速公路卡车振动试验、组合轮式车振动试验和冲击试验的横向和纵向试验均由LS437A/BT900 M(4T)振动台完成的，而高速公路卡车振动试验、组合轮式车振动试验和冲击试验的垂向试验均由MPA3324/H1248A(10T)振动台完成的。高速公路卡车振动试验模拟的高速公路的运输里程达到1 000 km以上。组合轮式车振动试验模拟的是在三、四级国道上运输时的振动情况。该试验模拟的三、四级国道的运输里程达到400 km以上。

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方法2：根据美国运输协会标准(ISTA)与美国材料协会标准(ASTM)，采用模拟运输振动试验台HK-120测试固结土柱的抗运输振荡性。测试使用的箱子规格为：33 cm×22 cm×24 cm。在箱子内放置两排固结土柱，土柱编号后随机放置，不采用任何防磨损的保护措施，确保每个固结土柱在振荡时均匀受力。使用36个土柱样品，每6个待测土柱样品为一组(1个土柱未用胶液固结为对照；5个土柱用如表1所列不同的胶液固结)，先称量其初始质量并记录(表1)，然后采用随机排布的方式，在测试箱子中将6个土柱排成2排，并按照模拟运输振荡的ISTA/ASTM标准测试方法进行测试。

表1 固结土柱样品详情Tab.1 Details of consolidated soil column samples

2 结果与分析

2.1 固结胶膜的表面形貌 当喷涂的KGM/CA二元共混胶液或KGM/CA/PVA三元共混胶液在土柱表面固结后(图2a)，胶液与土柱表层土壤形成一层坚硬的外壳(图2b)，搬动时不必担心土球的碎裂破损。该结构使固结的土柱具有一定的抗压强度(Wangetal.，2019)。

图2 土柱表面固结的聚合物胶膜Fig.2 The polymer adhesive membrane on the surface of soil columnsa． 共混型土壤固结剂对土柱的整体固结情况；b.固结剂在土柱表面形成的固结胶膜a.Integral consolidation of soil column by blending soil consolidation agent;b.Consolidation adhesive membrane formed by consolidation agent on the surface of soil column.

通过体式镜观察固结土柱的表面形貌如图3所示。通过该形貌图可以看出，KGM/CA/PVA胶液与土柱表层土壤形成一层坚固的胶膜(图3a)。有的胶膜表层有许多凸起的团粒气泡，每个气泡里面都包裹了土壤颗粒，并在土壤颗粒的表面形成了带有孔洞的凸起膜(图3b)，有的胶膜则是在土柱的表层形成了一个带有孔洞的网状胶膜(图3c)，该固结胶膜的透气性能会更佳。

图3 土柱固结胶膜的表面形貌Fig.3 Cemented surface morphology of consolidated soil column固结剂的制备条件：a.KGM，CA与PVA含量分别为4.0%，4.0%，1%；b.KGM，CA与PVA含量分别为4.0%，4.0%，2%；c.KGM，CA与PVA含量分别4.0%，4.0%，3%.The preparation conditions of consolidation agent:a.The contents of KGM,CA and PVA were 4.0%,4.0% and 1.0% respectively;b.The contents of KGM,CA and PVA were 4.0%,4.0% and 2.0% respectively;c.The contents of KGM,CA and PVA 4.0%,4.0% and 3.0% respectively.

2.2 固结土柱的抗震荡性 1)二元共混型聚合物土壤固结剂的制备条件对固结土柱抗震荡性的影响 苗木移栽运输时，固结的土球应能够承受苗木从苗圃地到定植点运输途中的各种振荡。振荡的类型主要包含高速公路和三、四级国道运输时土球的振荡与摩擦以及运输途中土球突然被颠起又掉落的冲击振荡。采用二元共混型聚合物土壤固结剂固结苗木根部的土球，需要测试固结土球的抗运输振荡能否满足应用要求及其主要影响因素。

在高速公路卡车运输振荡试验和冲击试验3个方向的测试中，固结的土柱均未发现磨损与破损。在组合轮式车运输振荡试验的横向和纵向试验中，也未发现固结土柱的磨损与破损，但是在其垂向测试过程中，测试的35个固结土柱中，有4个土柱保持完好(图4)，4个土柱出现了不同程度的碎裂现象(图5)，27个土柱出现了不同程度的磨损。

振荡测试后保持完整土柱典型代表：经过高速公路卡车运输振荡试验、组合轮式车运输振动试验和冲击试验，图4a、4c仅在土柱上表面有轻微的磨损，其余部分没有任何磨损与磕碰；在土柱的下表面图4b没有任何的磨损，固结土柱保持完好；固结土柱图4d的上下表面和侧表面没有任何的磨损与磕碰，固结土柱保持完好。由此说明该配方制备的KGM/CA二元共混胶液对褐土具有较好的固结性能，制备的固结土柱也具有较好的抗运输振荡性。

振荡测试后碎裂严重土柱典型代表：在组合轮式车运输振动试验的垂向测试过程中，有4个土柱出现了不同程度的磕碰。图5a出现了拦腰碎裂的现象；由于振荡剧烈，固结土柱之间相互撞击，图5b—d固结的土柱均为边沿部分磕碰严重。由图5b与图5d可以看出，在固结胶液相同的情况下，无论固结土柱规格大小，在抗震荡运输测试过程中均会出现类似的碎裂情况。这说明固结土柱抗震荡运输性能的主要影响因素是固结胶液的配方；对比图5a与图4c发现，土壤pH值大于7时，固结土柱的抗运输震荡性能较好。由此可见，具有一定酸性的KGM/CA共混型土壤固结剂更适合应用于碱性土壤的固结。

图4 在组合轮式车运输振荡试验的垂向测试后保持完整的土柱Fig.4 Intact soil columns after vertical direction vibration test of combined wheeled vehicle transportationa(固结土柱的上表面)和 b(固结土柱的下表面)：胶液 pH值4.0；褐土pH 值8.5；土壤粒径5mm。c：胶液pH值4.3；褐土pH值8.5；土壤粒径5 mm。d：胶液pH值4.3；褐土pH值8.5；土壤粒径2 mm。a(Upper surface of consolidated soil column)and b(Lower surface of consolidated soil column):pH of glue is 4.0；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm.c：pH of glue is 4.3；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm.d：pH of glue is 4.3；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 2 mm.

图5 在组合轮式车运输振荡试验的垂向测试后碎裂的土柱Fig.5 Broken soil columns after vertical direction vibration test of combined wheeled vehicle transportationa：胶液的pH值4.3；褐土的pH值6.86；土壤粒径5mm；土柱型号1。b：胶液的pH值4.87；褐土的pH值8.5；土壤粒径5mm；土柱型号1。c：胶液的pH值3.5；褐土的pH值8.5；土壤粒径5mm；土柱型号2。d：胶液的pH值4.87；褐土的pH值8.5；土壤粒径5mm；土柱型号2。a：pH of glue is 4.3；pH of the Cinnamon soil is 6.86；soil particle size is 5 mm；Soil column model 1.b：pH of glue is 4.87；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm；Soil column model 1.c：pH of glue is 3.5；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm；Soil column model 2.d：pH of glue is 4.87；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm；Soil column model 2.

2)三元共混型聚合物土壤固结剂的制备条件对固结土柱抗震荡性的影响 对于用KGM/CA/PVA三元共混胶液制备的固结土柱，采用方法2模拟运输振动试验台HK-120测试其固结土柱的抗运输振荡性。如图6所示，在试验1中(150 RPM,25 Hz,95 min)，与对照样品1-0至6-0相比土球样品(1-1至6-1)的外观和质量均无明显变化。在试验2中(180 RPM,3.0 Hz,79 min)，各个土球的(1-2至6-2)质量变化不大，质量减少量在1 g左右。但是通过振荡后样品的比较观察发现，对照的土球样品1-2外观发生明显变化，抗振荡能力明显不如用胶液固结的土柱样品2-2至6-2 (图6)。在试验3中(210 RPM,3.5 Hz,66 min)，样品1-3至6-3的土球均有不同程度的磨损，但是用胶液固结的土柱样品2-3至6-3的磨损情况明显小于对照样品1-3的磨损情况。其中，对照样品1-3的磨损程度最大，而用固结剂固结的5个样品中，样品3-3和5-3的磨损程度相对较大。在试验4中(240 RPM,4.0 Hz,60 min)，随着振幅的继续增大，6个土柱样品的外表均出现了明显的磨损。虽然能明显看出用胶液固结的土柱样品(2-4至6-4)的磨损程度明显小于对照样品(1-4)，但是由于该组测试中，振幅较大，具有固结胶膜的5个样品在这组试验中表面的胶膜磨损最多。在试验5中(270 RPM,4.5 Hz,53 min)，6个土柱样品的外观变化与试验4中的类似，对比不明显，因此未放照片比对。但通过与试验4中土柱样品对比之后发现，用胶液固结的5个土柱样品质量的减少量明显少于对照组样品1-5的质量减少量。其中，样品1-5的质量减少量占比16 g(质量减少量占比9.6%)，而样品6-5的减少量仅为3 g(质量减少量为1.8%)(表2)。在试验6中(300 RPM,5.0 Hz,48 min)，通过更高频率的振荡发现，不仅样品1-6的磨损加快，样品质量的减少量增加；样品2-6至6-6随着其表面胶膜的缺失，样品质量的减少量明显增加。同时，通过样品的磨损程度以及样品质量的损失量可以看出，样品6在试验5(质量减少量占比1.8%)和试验6中均表现优异(质量减少量占比3.0%)(表2)。

图6 固结土柱样品磨损状况Fig.6 Wear condition of consolidated soil column samples样品编号第1个数字表示所用胶液的制备条件(参见表1)，第2个数字表示振荡试验号(其中0代表是对照试验)。The first number in the sample numbers indicated the preparation conditions of the glue used (see Tab.5),and the second number indicated the simulating transportation vibration test number (where 0 represented the control experiment).由于1-1至6-1的振荡测试结果与1-0至6-0相比基本无变化，因此略去。Since the vibration test results of 1-1 to 6-1 are basically unchanged compared with 1-0 to 6-0,they are omitted.

表2 模拟运输振荡试验后固结土柱样品详情Tab.2 Details of consolidated soil column samples after vibration test of simulated transportation

综上所述，通过方法2进行的模拟运输振荡试验，在试验1至试验4中，用胶液固结的样品2至样品6与对照样品1的外观对比，可以看出采用胶液固结的样品2至样品6，其磨损情况明显小于样品1。可见在土柱表面的胶膜具有良好的抗运输震荡性，表明该聚合物型土壤固结剂具有一定的实用性。随着振荡幅度的增大，采用胶液固结的样品2至样品6的磨损情况急剧增加。这是由于随着振幅的增大，土柱表面固结胶膜的磨损面积增大所导致的。但是在实际的运输过程中，很少会出现如此大幅度的振荡(如试验5和试验6)。因此，前四组的振荡试验结果更具有实际参考价值。

2.3 聚合物型土壤固结剂在苗木移栽上的运用 1)KGM/CA共混胶液在壤土中的应用 以华北地区褐色土壤壤土为主要固结对象，将KGM/CA型土壤固结剂在桑树幼苗的移栽过程中进行了初步运用。按照壤土上苗木移栽的新方法，在桑树幼苗的根部形成1个直径大约10 cm的土球。将KGM/CA型土壤固结剂(配方1)直接喷涂在该土球上。经过1天的固结，固结剂在土球表面固结(图7a)。此时可以直接将桑树幼苗底部断根并将土球起土。土球可以直接被搬运而不会出现碎裂的现象(图7b)。将土球运送到定植点后，可以按照苗木的栽植要求直接完成桑树幼苗的栽植(图7c)。在苗木移栽的过程中，不需要用包裹材料和草绳等对土球进行保护。由此可见，土壤固结剂在苗木移栽上的应用不仅可以保证土球的完整性还能节省大量的包装材料。

图7 KGM/CA型土壤固结剂在桑树幼苗移栽上的应用Fig.7 Preliminary application of KGM/CA soil consolidation agent in mulberry seedling transplantation

2)KGM/CA/PVA共混胶液对砂质土壤的固结应用 ①KGM/CA/PVA共混胶液在沙地柏移栽上的初步应用 苗圃地里的沙地柏幼苗培育一般是在掺有有机物的砂质土壤里培育。按照目前的移栽技术，由于砂质土壤比较松散，该类幼苗移栽时如果不借助塑料营养袋，仅按照砂质土球的制备方法，基本无法在沙地柏幼苗的根部形成砂质土球(图8a)。如果过多使用塑料营养袋，会对环境造成一定的负担。因此，为了在沙地柏幼苗的根部形成有效的土球，按照砂质土球的制备方法，将KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂(配方2)喷涂在了25株沙地柏幼苗根部的土球上，使其形成具有坚硬外壳的砂质土球(图8a)。随后，根据运用聚合物型土壤固结剂在砂质土壤上移栽苗木的新方法，将25株沙地柏幼苗移栽至定植点进行移栽。同时将用育苗容器的25株沙地柏幼苗也随机穿插着栽植在定植点作为对照(图8d)。经过24天的生长之后，发现运用土壤固结移栽的沙地柏长势良好(图8b)，且没有表现出任何生长不良的现象(图8c、8d)。

图8 固结剂在柽柳叶沙地柏移栽上的初步应用Fig.8 Preliminary application of consolidation agent in transplanting of Sabina chinensis

②KGM/CA/PVA共混胶液在大叶黄杨移栽上的初步应用 栽植在砂质土壤中的大叶黄杨，在起苗时无法带起理想的土球。为了检验聚合物型土壤固结剂对砂质土球上的固结效果能否达到苗木移栽应用的要求。选择直径为8 mm的大叶黄杨为移栽苗，如图9所示。按照砂质土球的制备方法，在大叶黄杨的根部制备了椭球型的土球。土球规格为直径18 cm，高度13 cm(图9b和9c)。土球未被KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂固结之前，表面有微裂纹，容易碎裂。将KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂配方3喷涂在土球表面并让其固结1天后，土球表面就会形成相对坚硬的外壳(图9a—9c)。土壤固结剂对土球的固结效果良好，其固结力足以承受土球的自重，因此可以直接提着苗木将土球进行搬运(图9d和9e)。将大叶黄杨移栽到定植点后，按照苗木移栽的要求，完成填土、围堰和浇水等程序(图9f—9h)。后续跟踪观察，发现移栽的大叶黄杨生长良好(图9i)。这表明，KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂对砂质土球具有较好的固结效果，固结的强度满足了大叶黄杨移栽苗在搬运过程中土球不破碎的要求。另外，应用KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂移栽的大叶黄杨并没有出现生长不良现象，表明KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂的应用及其降解产物对移栽苗木和周边土壤无不良影响。

图9 KGM/CA/PVA型土壤固结剂在大叶黄杨大苗移栽上的运用Fig.9 The application of KGM/CA/PVA soil consolidation agent in E. japonicus transplantation

3 讨论

3.1 固结土柱的表面形貌保证其良好的固结特性 固结土柱的表面凸起膜与土柱表面的土壤颗粒紧紧黏连在一起，使得土柱表面的土壤与胶膜形成了一个整体。该固结膜不仅结构稳定，而且具有保水性、透湿性和根系透气性等理想性质(Wangetal.，2021)。不仅能够保证土柱在运输过程中的完整性,而且能够满足苗木根系保水透气性的要求。

3.2 土壤固结剂的制备条件对固结土柱的抗运输振荡性的影响 由2种不同的振荡测试方法对固结土柱进行了抗震荡性测试，可以看出虽然不同的振荡方法、样品测试位置对固结土柱的抗运输振荡性也有一定的影响，但是最重要的影响因素还是聚合物型土壤固结剂的制备条件。通过振荡方法1的测试结果，可以看出，KGM/CA二元共混聚合物型土壤固结剂能满足在高速公路卡车运输的一般要求。

在抗振荡测试二中发现，助剂PVA含量的增加对固结土柱的抗运输振荡性具有明显的提高作用。这是由于聚乙烯醇成膜性能好且生成的胶膜强度高(武战翠，2012)，因此在一定程度范围内，随着PVA含量的增加，KGM/CA/PVA二元共混胶液在固结土柱表面形成的胶膜强度会增加，在抗运输振荡过程中，对固结土柱的保护性能会更好。

3.3 聚合物型土壤固结剂对苗木移栽技术的影响 将KGM/CA与KGM/CA/PVA型土壤固结剂在壤土和砂质土壤的苗木移栽中进行了初步应用，发现聚合物型土壤固结剂的应用对苗木根部的土球具有良好的固结效果，尤其是在砂质土壤中，能保证砂质土壤在苗木的根部形成1个完整的土球，且在搬运过程中不破碎，对移栽苗木根部起到了保护作用。由于苗圃地的土壤多为砂质土壤，起苗时无法带起土球((Pengetal.，2020)。因此，聚合物型土壤固结剂在苗木移栽技术上的应用，对促进砂质土壤上移栽苗木新技术的形成至关重要。但是，目前制备的KGM/CA与KGM/CA/PVA型土壤固结剂在苗木根部的土球上形成固结胶膜需要的时间略长，因此后续还需要对共混型土壤固结剂的配方进行改进。

4 结论

1)固结在土柱表面的KGM/CA和KGM/CA/PVA胶膜是带有一定孔隙结构的固结胶膜。该结构不仅能保证固结土球具有一定的抗运输振荡性，还能满足移栽苗的根部对水分和氧气的需求。

2)在固结土柱的抗运输振荡性的研究过程中发现KGM/CA和KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂的制备条件直接影响了固结土柱的抗运输振荡性，如KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂的制备条件：醋酸溶液浓度为20%，胶液pH值为4.5，共混温度为40 ℃，KGM、CA与PVA含量分别为4.5%，4.5%和6%时，该配方的固结剂对土柱的固结效果较好，固结土柱的抗运输震荡性能较佳；同时，还发现，由于目前制备的共混型土壤固结剂具有一定的酸性，因此对碱性土壤具有更好的固结作用。

3)通过将KGM/CA和KGM/CA/PVA共混型土壤固结剂在桑树幼苗、沙地柏幼苗和大叶黄杨移栽过程中的应用研究发现，该类共混型固结剂对壤土和砂质土壤均具有较好的固结效果，既保证了移栽苗木根部土球的完整性和移栽苗的成活率，还对苗木的生长无不良影响。