聚丙烯酰胺改善砂土抗风蚀性试验研究

Posted 2023-01-13 土壤

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高分子聚合物聚丙烯酰胺作为土壤结构改良剂很早就被发现，但应用于水土保持领域在国内外尚处于起步阶段，美国农业局利用低浓度的聚丙烯酰胺处理灌水沟防治田间土壤侵蚀，取得了良好效果。以色列、比利时、委内瑞拉、印度等国家也开展应用聚丙烯酰胺防治水土流失的试验研究。夏海江等研究表明，聚丙烯酰胺施于砂壤土、中壤土具有良好的保水效果。但其对砂土抗风蚀性的影响尚无人研究，为此作者开展了此项工作，以便为聚丙烯酰胺在水土保持及沙漠化治理等领域的推广应用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料供试聚丙烯酰胺系辽宁省抚顺市化工六厂生产，阴离子型，分子量3×106～4×106，粉剂。供试土样采自辽宁省阜新市彰武县章古台，属风化细砂土，风干后，用0.1mm孔径过筛，除去其中的草梗等杂物。
1.2 研究方法简易风洞试验和自然风蚀试验。简易风洞试验以瓷盘(面积为0.18m2)盛土，盘深3.0cm，盛土土层高度2.0cm，找平后浇水沉实，然后在每个瓷盘中把土样均匀分割成四部分，分别播种四种草籽(草木樨、沙打旺、碱茅和冰草)。按聚丙烯酰胺用量不同，共设4个试验处理，将四份1kg风干土样中各掺入聚丙烯酰胺，单位面积掺量分别为0，1，5，10g/m24个水平，拌和均匀，再分别均匀撒于4个试验瓷盘土层表面，找平，均匀浇1500g清水。静置，跟踪观测种子出苗、植株高度和长势、耐旱历时、土样表面状况等。之后，进行简易风洞试验，风源采用轴流换气扇，型号FA-40，风量48m3/min，盘面中心点风速5.0m/s。采用细纱布作成收沙筒，收沙筒后边倚墙。每个处理吹时均为4h。自然风蚀试验在辽宁省水利水电科学研究院试验楼(东西向，3层)楼顶设长3.2m、宽1.2m的风蚀试验区，试验区四周保护带宽10cm，净试验区尺寸长3.0m、宽1.0m。试验区底层铺设粗砂，粗砂上面用石佛寺细砂找平，底层厚度约30mm，喷水拍实。再在上面铺设厚度约10mm的供试土样，找平，拍实，划分为3个不同处理小区，各小区长、宽均为1.0m，在各相邻试验处理小区边上划出边界线标示出来。3个处理小区分别按0、4、8g/m23个水平喷施聚丙烯酰胺，控制各小区喷施中累计用水量相等，用水量少的，再喷施清水补充到一致。在各处理小区内按梅花形布置5根观测桩。记录观测桩初始值(桩顶面距试验区土样表面的距离)，然后进行风蚀量跟踪观测。
2 结果与分析
2.1 简易风洞试验结果与分析对简易风洞试验的不同处理进行了跟踪观测，土样表面面干历时随聚丙烯酰胺用量的增加而延长，种子出苗、植株性状、植株干旱历时、土壤表面粘指情况见表1。简易风洞试验中观测了各区土壤风蚀量，列于表2。可以看出，用聚丙烯酰胺处理的土样土壤风蚀量明显小于对照，并且风蚀量随聚丙烯酰胺用量的增加而减少，施用1，5，10g/m2聚丙烯酰胺的土样，土壤风蚀量平均为38.585.34和0.70g/m2，仅为对照的29%，4%和1%。施用聚丙烯酰胺可以增强土壤抗风蚀能力减少了土壤风蚀量，这对于保护土地资源、控制流沙和减少沙尘暴都会产生积极的作用。

2.2 自然风蚀试验结果与分析自然风蚀试验中观测了各处理土壤的风蚀量，见表2。结果表明，历时半年的风吹雨淋，施用4和8g/m2聚丙烯酰胺的土样，仍保持较好的抗御风蚀的能力。观测土壤累计风蚀量分别是对照的25%和18%，这进一步验证了简易风洞试验的结果。不同处理土壤累计风蚀量变化过程见图1。
从图1可以看出，各处理土壤风蚀量随时间的延长都呈增加趋势，但在观测时段内，施用聚丙烯酰胺土样的土壤风蚀量都低于对照，并且聚丙烯酰胺用量越大，土壤风蚀量越小。
3 结论试验结果表明，施用聚丙烯酰胺可以延缓土壤水分蒸发损耗速率，给作物生长创造较好的水分条件，促进植株生长。在土壤表层形成具有一定整体性的土壤结构，增强土壤抗风蚀能力，减少土壤风蚀量。聚丙烯酰胺在沙尘暴治理方面具有应用前景，可以探讨在我国三北地区生态恢复建设中应用。□