聚丙烯酰胺防治土壤侵蚀的试验研究

2010-05-31王志忱夏海江

东北水利水电 2010年4期

王志忱，夏海江，2，王亮

（1.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁沈阳10003；2.东北大学，辽宁沈阳110004）

我国是水土流失比较严重的国家之一，全国现有水土流失面积36700万hm2，占国土总面积的38.2%[1]。水土流失带走了大量的土壤水分和养分，降低了耕地质量，破坏了生态环境，对农业的可持续发展构成严重威胁。目前，治理田间水土流失主要从工程措施、生物措施、农业措施等方面着手，但都存在或投资大、或周期长、或见效慢等不足。近年来，化学措施防治水土流失已成为一个新的研究领域。高分子聚合物聚丙烯酰胺作为絮凝剂、钻井泥浆处理剂、堵水剂、织物处理剂、纸力增强剂、土壤结构改良剂等，已经广泛应用于水处理、石油钻探、煤炭地质、纺织造纸及农业土壤改良。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沟灌水防治田间土壤侵蚀，取得了良好效果。以色列、比利时、委内瑞拉、印度等国家也开始了应用聚丙烯酰胺防治水土流失的试验研究；中国科学院南京土壤研究所曾应用聚乙醇改良土壤，也提及聚乙醇具有抗御土壤水蚀的作用。为了深入研究聚丙烯酰胺防治水土流失的作用，开展了大量的室内试验、田间试验和示范应用，取得了大量的试验数据。

1 材料与方法

试验地点位于铁岭市西丰县泉河水土保持试验站试验室。该试验站具备水土保持相关试验仪器设备和专业试验人员。

试验土样：研究中在水土流失重点地区的辽西和辽北[2]选择具有代表性的土壤作为试验土样。经调查，选择确定辽北地区的棕壤土和辽西地区的褐土两种土样。

按《水土保持试验规范》[3]设计适宜的试验室，模拟降雨系统和试验小区。

模拟降雨系统采用微喷模拟人工降雨，用潜水泵供水，降雨强度控制在60mm/h，每次降雨时间掌握在3h。

试验区设计：试验小区分3种坡度，各为6°，10°，15°。每种坡度各并排设4个小区。每个试验小区长2m，宽0.5m，面积为1.0m2。在每个小区的下端设有出水口和盛水池，盛接径流和土壤侵蚀量。每小区土层厚0.3m。共12个。

供试聚丙烯酰胺：由辽宁省抚顺市化工六厂生产。聚丙烯酰胺按离子类型可分为阴离子型、阳离子型和非离子型。按分子量阴离子型可划分为6～10个数量级，非离子型可划分为2～3个数量级。试验前首先作了试瓶试验，发现阴离子型分子量400～500万和300～400万，非离子型分子量300～400万促进土壤沉降效果最好，而阳离子型与土壤絮凝速度较慢。因此，确定供试聚丙烯酰胺的剂型为阴离子型分子量400～500万（A）和300～400万（B）以及非离子型分子量300～400万（C），共3个剂型。

聚丙烯酰胺施用：各小区聚丙烯酰胺用量均按0.3g/m2进行。试验时，将称量好的聚丙烯酰胺溶解于3×104ml的水中，均匀喷施于小区土壤表面，对照小区喷施等体积清水。4次重复，随机排列。

每次模拟降雨完成后，小区静置1h，继续下一次模拟降雨。进行5次模拟降雨后，观测各小区径流量和土壤侵蚀量。

2 研究结果及分析

表 1，2，3是辽北地区的中壤土 6°，10°，15°各小区经5次降雨冲刷(不换土)后的土壤侵蚀累积量。

表1 不同剂型处理土壤侵蚀累积量（坡度6°，中壤土）

表2 不同剂型处理土壤侵蚀累积量（坡度10°，中壤土）

统计检验表明，3种坡度下各处理间均达到了F0.05的显著水平，说明施用聚丙烯酰胺的确起到了减小土壤侵蚀量的作用。A，B，C等3种剂型与对照相比，土壤侵蚀量在6°坡条件下，分别减少48.5%，77.4%，53.6%，在 10°条件下，分别减少62.6%，79.8%，69.0%，在 15°条件下，分别减少58.5%，77.0%，66.0%。3种坡度条件下都是以剂型B效果最好，较对照平均减少土壤侵蚀量78.1%，其次是剂型C，较对照平均减少62.9%，剂型A较对照平均减少56.5%。检验结果表明，A，B，C与对照之间均达到了t0.01的极显著水平，但3种剂型之间差异不显著，按优劣排列顺序为B＞C＞A。辽西地区的砂壤土也得到了相似的结果（见表4）。因此，确定B（阴离子型分子量300～400万）为最优剂型。