施用聚丙烯酰胺可控制水土流失

Posted 2023-01-13 杂草

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20世纪90年代，人们发现水溶性的聚丙烯酰胺(PAM)可有效防止水土流失，提高土壤水分的渗透性，保持表层土壤结构的稳定。1995年美国农业部、自然资源保护局(USDA-NRCS)颁布了PAM使用方法及标准，并于2001年进行了修订。1999年美国大约有400000hm2农地施用PAM，施用PAM有两种方法，一是在使用前将PAM溶于水，另一种是撒施PAM粉剂，然后灌溉，第一种方法可减少侵蚀量94%。1995年US DA-NRCS颁布的标准中PAM浓度为10kg/ml，单位面积施用量为1～2kg/hm2，灌溉24h后可防止土壤侵蚀；沟灌多采用撒施的方法，在灌溉沟内每隔1～2m置一堆PAM粉剂，施用量为1kg/hm2，当水流过PAM粉剂时，它慢慢溶解。据Sojka等人研究，当水渗透到40mm时，对照区的渗透率为12.9～31.8mm/h，试验小区(施用PAM)为26.7～52.2mm/h；当水渗透到100mm时，对照区的渗透率为12.3～29.1mm/h，试验小区为22.3～42.4mm/h。
1 试验处理　试验地位于美国爱达荷州，土壤为沙壤土，黏土含量为10%，沙土为70%，有机质为1.0%～1.3%。土壤阳离子交换量(CEC)为190mmol/kg，导电率(EC)为0.07s/m，钠离子交换率(ESP)为1.5%，pH为7.7，碳酸钙为5%。小区坡度为1.5%，小区设有灌溉用的作业路。小区种植6行玉米。播种时间为1997年5月8日和1998年5月6日，播种量为79500粒/hm2。1997年5月1日～6月30日有3次较大降雨，其降雨量为58mm，1998年5月1日～6月30日有4次较大降雨，降雨量为138mm，试验设计3个水平(施用1/105的PAM、灌前撒施PAM粉剂和对照)。根据有效成分含量确定使用原液或稀释液。除草剂设计3个水平(施乙烷氨基甲酸酯、二氯乙烷甲基醋酸苯汞和对照)。采用随机裂区设计，除草剂为主处理，PAM为副处理。试验数据经对数转换后应用方差分析和线性回归进行统计分析。试验过程测量灌溉量、径流量、泥沙沉积量。灌溉量减去径流量为渗透量。每年测定4次的径流水样中杂草种子含量。径流收集时间与沉淀时间相同，将径流中的杂草种子先分离，后称重。在2m宽的样地内调查高度大于7.5cm的杂草株数。每个小区上部28m、中部84m、下部140m处选3块样地，4次调查生长量。1997年、1998年的9月8日和21日测定玉米秸秆产量，称鲜重，然后在50℃的温度下，烘干后称重。
2 结果分析
2.1 径流和泥沙1997年和1998年施用PAM减少了生长季的径流和泥沙，增加了灌溉历时和水分渗透量。与对照相比，1997年施用可溶性PAM减少泥沙81%，施用粉剂减少泥沙88%；1998年两种方式施用PAM减少泥沙都为88%；1997年施用除草剂增大了生长季的侵蚀量，1998年减少了侵蚀量；1997年除草剂对灌溉历时无影响，而1998年则延长灌溉历时；1997年除草剂降低了渗透量，1998年无影响。
2.2 杂草密度1997年施用PAM小区杂草密度比对照高12.7%，而1998年降低了5%，但它们之间差异不显著，说明PAM对杂草密度影响不大。由于对照区的径流要冲走一部分杂草种子及杂草小苗，因此施用PAM小区杂草密度高于对照区。施除草剂及不施除草剂小区都有杂草，但与对照相比，施用除草剂的小区杂草少、生长量小且生长势差，但两种除草剂对杂草种类及杂草密度影响差异不大。
2.3 杂草种子施用PAM可明显减少杂草种子流失。施用水溶性PAM杂草种子流失减少56%，施用PAM粉剂减少62%，而1998年两种施用方法分别减少92%、88%。两年来施用PAM明显减少了径流中各种杂草的数量，但对各草种来说，影响程度不一样，1997年的径流中红根苋、毛龙葵种子数量明显减少；1998年明显减少的是红根苋、毛龙葵、锦葵的种子。试验期间径流中稗草种子数量变化不大。1997年径流中杂草种子来自施除草剂不施PAM的小区，1998年有2/3杂草种子来自施除草剂不施PAM的小区。研究表明稗草种子与PAM的亲和力强，而锦葵种子与PAM的亲和力差，1997年锦葵种子集中在土壤侵蚀层，而1998年锦葵种子层位于侵蚀层的下面。PAM可延长杂草种子在土壤中的滞留时间，这不但与土壤侵蚀量有关，还与杂草种子大小及杂草种子位于土壤的层次有关。杂草种子的性质也影响PAM对种子的吸附能力。USDA-NRCS提出PAMs的阴离子可以减少土壤侵蚀，研究表明，PAM分子特性、灌溉水中钠离子吸附率及土壤ESP都可影响杂草种子滞留的时间，PAM还影响钙离子浓度。径流中杂草种子一般较小，除稗草种子不到4mm外，其它长度不到2mm。除草剂对各种杂草种子流失量影响程度不同，沟灌地中，PAM对杂草种子流失量影响较大。
2.4 秸秆产量2a试验表明，不同处理小区的秸秆产量相差不多，采用传统耕作措施的小区杂草盖度相对较高，但秸秆产量未受影响。灌溉增加了土壤水分的渗透量，引起了N流失，对秸秆产量无大的影响
3 结语　施用PAM是一种高效、简便、低成本的控制水土流失的方法，美国有400000hm2农地施用PAM。PAM可减少径流中杂草种子的数量，从而减少除草剂的用量。PAM可直接或间接减少径流和泥沙。研究表明，施用PAM可提高杂草种子的发芽率。因此，为了控制生长季的杂草，PAM应与除草剂联合使用，且对秸秆产量无大影响。PAM可减少侵蚀，保持土壤结构稳定，可用作陡坡草地的添加剂。RoaEspinosa等人的研究表明，PAM与除草剂或秸秆覆盖联合使用，可减少径流泥沙93%。PAM与秸秆覆盖、石灰及除草剂混合使用，可有效减少土壤侵蚀。此项研究对我国采用化学方式治理水土流失有借鉴作用。PAM对种子发芽率没有不良影响，可减少裸地土壤流失，在单一作物种植中，PAM对杂草密度的影响非常重要。PAM可减少土壤侵蚀及除草剂用量。施用PAM是减少杂草种子传播的有效方法，PAM与除草剂联合使用更好控制杂草传播是今后一个重要研究课题。