保水剂和PAM对人工土壤颗粒水分蒸发的影响

刘 洋，龙 凤，李绍才,2，王 琴，孙 琦

(1.四川大学 生命科学学院，四川 成都 610064； 2.四川沃尔宜环保科技有限公司，四川 成都 610031)

保水剂和PAM对人工土壤颗粒水分蒸发的影响

刘 洋1，龙 凤1，李绍才1,2，王 琴1，孙 琦1

(1.四川大学 生命科学学院，四川 成都 610064； 2.四川沃尔宜环保科技有限公司，四川 成都 610031)

保水剂；PAM；人工土壤；累积蒸发量；蒸发失水比

合理的保水剂和聚丙烯酰胺(PAM)用量能够减缓土壤水分的蒸发，增加土壤水分有效量，对干旱地区或者土壤缺水条件下的植物生长具有重要作用。通过模拟试验，分别从累积蒸发量、含水率变化及蒸发失水比等方面进行分析比较，定量研究了保水剂与PAM用量对人工土壤颗粒水分蒸发的作用规律。结果表明：保水剂和PAM对蒸发确有抑制作用，随着PAM用量的增加，累积蒸发量和蒸发失水比均呈现降低趋势，其中PAM用量为2 g/m2的处理水分蒸发量最小，保水效果最好；而随着保水剂用量的增加，累积蒸发量与蒸发失水比呈现先增加后减少的趋势，当保水剂用量超过175 g/m2后对蒸发的抑制作用开始显现。

蒸发是地表水分消耗的主要途径，也是陆地水循环的重要环节，但在岩石边坡等干旱无植生条件下，蒸发对于土壤中有效水分的保持则是较大的威胁。因此，在解决边坡干旱无植生问题时，如何抑制土壤蒸发、减缓水分蒸发能力，以延长土壤水分在土壤中的驻留时间就显得尤为重要[1]。

目前关于保水剂和聚丙烯酰胺(PAM)对土壤水分蒸发的影响研究已较为成熟[2-4]，但在人工土壤水分特性研究中，人工土壤颗粒水分蒸发随保水剂和PAM用量变化的规律尚不明确。因此，本研究在已有研究的基础上，通过模拟试验，比较不同保水剂用量和PAM用量条件下人工土壤颗粒的蒸发释水过程，旨在分析人工土壤颗粒的水分蒸发特性，以期为人工土壤颗粒在实际应用中的配比设计提供依据，也为其在边坡防护工程上的运用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

人工土壤颗粒(为底面直径5 mm、高度2～5 mm的圆柱体)制备原料选用成都平原的泥炭土，在自然条件下风干后，经实验室测得泥炭土含水率为30%，容重为0.55 g/cm3。人工土壤颗粒由泥炭土、保水剂及PAM等原料按计划用量和比例混合压缩制成。试验于2013年4—5月在四川省彭州市山地生态工程技术研究中心进行。

1.2 试验设计

试验主要研究保水剂用量和PAM用量对人工土壤颗粒水分蒸发的影响，每个变量因素设3个水平，为全因子试验设计，共9个处理(见表1)，各处理的通用代码为PxMy(Px表示PAM的某个用量水平，分别为P1、P2、P3；My表示保水剂的用量水平，分别为M1、M2、M3)。保水剂与PAM的用量单位为g/m2，1 g/m2相当于保水剂或PAM与泥炭土的质量混合比为1 ∶1 500。试件模型采用圆柱形自制塑料器皿，内径5 cm，净高5 cm。将试件底部钻孔，并垫以滤纸，以防土壤颗粒漏出。

表1 试验变量因素设计

g/m2

1.3 测定内容

试验统一将人工土壤颗粒初始含水量控制在同一水平。在室温下，根据试件规格，按照比例，每个处理称取约6 g人工土壤颗粒进行试验。填土完成后，将试件摆放在水槽中，然后缓缓向水槽中加水，直到水面达到距试件上口2 cm处为止。饱和吸水完成后，取出试件置于干砂上，静置2 h后称重，测定初始含水量；之后，将容器放置于恒温气候箱中观测其释水蒸发过程，恒温气候箱温度设置为40 ℃，每天早9时、晚21时称重。试验中用烘干法测定人工土壤颗粒含水量，用称重法测定人工土壤颗粒蒸发量。

1.4 数据处理和分析

图表中所有数据均为3次测定的平均值。采用SPSS18.0软件进行方差分析，并在0.05水平上进行Duncan多重比较。

2 结果与分析

2.1 保水剂和PAM对累积蒸发量的影响

2.1.1 累积蒸发量的比较分析

将保水剂用量和PAM用量分别作为变量因素，每个因素3个水平，每个水平3个重复，对所得累积蒸发量进行双因素试验统计分析。本试验中，将累积蒸发量定义为：累积蒸发量=蒸发量/物质量，其中物质量=土壤颗粒量-保水剂用量-PAM用量。分析所得结果见图1。

图1 各处理累积蒸发量比较

注：图中相同字母表示处理间的差异在0.05水平上不显著，不同字母表示差异显著，下同。

由图1可看出：在M1条件下，累积蒸发量为P1M1>P2M1>P3M1，3种处理中P1M1分别与P2M1、P3M1差异显著；在M2条件下，累积蒸发量为P1M2>P2M2>P3M2，且3种处理间均达到显著差异；在M3条件下，累积蒸发量为P1M3>P2M3>P3M3，P1M3分别与P2M3、P3M3差异显著。由图1及其分析可知：在释水蒸发过程中，PAM用量对累积蒸发量有显著影响，表现为随着PAM用量的增加累积蒸发量减少。以在M2条件下的3种处理为例，PAM用量为2 g/m2时的累积蒸发量比0、1 g/m2处理的分别少21.16%、10.40%。这说明PAM对人工土壤颗粒水分蒸发具有抑制作用，且随着其用量的增加，抑制作用也增强。

而在PAM用量一定的条件下，保水剂不同用量间累积蒸发量均为PxM2>PxM3>PxM1，但PxM3与PxM1之间的差异不显著。说明保水剂用量对累积蒸发量的影响表现为随着其用量增大，累积蒸发量呈现先增大后减小的趋势。以在P1条件下的3种处理为例，当保水剂用量为150 g/m2时，累积蒸发量达到最大，而保水剂用量为175 g/m2时，累积蒸发量反而减小，此时累积蒸发量值较150 g/m2处理低13.58%。说明随着保水剂用量的加大，由于保水剂的强吸水性，土壤初始含水量增大，因而累积蒸发量值呈现增加趋势，但超过175 g/m2后，累积蒸发量值开始减小。因而可以知道，保水剂用量在超过一定范围后，也会对土壤颗粒的水分蒸发产生抑制作用。

2.1.2 累积蒸发量与时间的模拟分析

对各处理累积蒸发量变化的时间序列数据进行模拟分析，结果表明，各处理累积蒸发量与时间的关系均符合二次多项式方程，且确定系数R2均在0.99以上。

2.2 保水剂和PAM对含水率的影响

土壤含水率作为分析土壤水分特性的一个重要指标，其变化趋势也反映了土壤持水能力的大小[5-6]。在本研究中，通过对人工土壤颗粒饱和吸水后的初始含水率及蒸发完成后的含水率的测定，比较含水率的变化趋势，可以考察各因素条件下人工土壤颗粒的水分蒸发情况，并了解不同处理条件下人工土壤颗粒之间持水能力的差异。

2.1.2 饱和吸水后各处理初始含水率比较分析

人工土壤颗粒饱和吸水后的初始含水情况对蒸发量有着重大影响。对9种处理土壤颗粒饱和吸水后的初始含水率进行测定，并分析其差异显著性情况，结果见图2。图2表明：在M1条件下，初始含水率为P1M1

图2 各处理饱和吸水后的初始含水率比较

而在相同PAM用量条件下，不同保水剂用量间初始含水率均为PxM1

2.2.2 蒸发完成后各处理含水率分析比较

人工土壤颗粒蒸发完成后的含水情况对蒸发过程的分析有着重要参考价值[4-6]。对9种处理土壤颗粒蒸发完成后的含水率进行测定，并分析其差异显著性情况，结果见图3。图3表明：在保水剂用量相同的条件下，含水率趋势均表现为P1My

图3 各处理蒸发后含水率比较

而在相同PAM用量的条件下，含水率均为PxM2

2.2.3 蒸发前后含水率比较

通过对蒸发前后含水率的变化值进行计算并分析，比较其显著性情况，结果见表2。由表2可知：各处理之间相比较，当保水剂用量一定时，含水率变化值呈现为随着PAM用量增加而减小的趋势；而当PAM用量一定时，含水率变化值则随着保水剂用量的增加而增加。说明在PAM用量增加的情况下，土壤颗粒蒸发量会减少；而在保水剂用量增加时，会使土壤颗粒蒸发量增加。

表2 各处理蒸发前后含水率变化比较 百分点

2.3 保水剂和PAM对蒸发失水比的影响

蒸发失水比是指在某一段时间内的蒸发量与土壤颗粒吸水总量的比值。由于各处理的初始饱和吸水量不同，因而单纯比较各处理之间的累积蒸发量可能会因比较的基点不同而对结果产生影响，而通过对土壤颗粒蒸发失水比进行比较，可以使其处于同一基点，有助于进一步了解土壤颗粒的蒸发释水规律[7-8]。

对9种处理土壤颗粒蒸发一定时间后的蒸发失水比进行计算，并分析其显著性情况，结果见图4。图4表明：在M1条件下，蒸发失水比为P1M1>P2M1>P3M1，P1M1与P3M1达到显著差异；在M2条件下，蒸发失水比为P1M2>P2M2>P3M2，且3种处理间均达到显著差异；在M3条件下，蒸发失水比为P1M3>P2M3>P3M3，P1M3分别与P2M3、P3M3差异显著，但P2M3与P3M3之间差异不显著。

图4 各处理蒸发失水比比较

而在PAM用量相同的条件下，保水剂不同用量间蒸发失水比均为PxM2>PxM3>PxM1，且P1M2分别与P1M1、P1M3差异显著，P2M2分别与P2M1、P2M3差异显著，P1M1与P1M3之间的差异不显著，P2M1与P2M3之间的差异不显著，P3M1、P3M2、P3M3三者间差异均不显著，这与累积蒸发量的分析结果基本一致。

3 结 语

保水剂和PAM对土壤颗粒水分蒸发确实具有抑制作用，在本研究中，从各处理土壤颗粒累积蒸发量、蒸发失水比及含水率比较情况看，三者分析结果基本一致，表现为随着PAM用量的增加，累积蒸发量和蒸发失水比均有所降低，且差异性也愈加明显。差异性分析表明，在0.05的显著性水平下，PAM用量多少对土壤颗粒水分蒸发影响显著，用量越大对蒸发的抑制作用越强。而保水剂对土壤颗粒水分蒸发的影响则表现为随着其用量增大，累积蒸发量值呈现先增大后减小的趋势, 在用量超过一定范围后，对蒸发的抑制作用才得以体现。

[1] 李绍才,孙海龙.中国岩石边坡植被护坡技术现状及发展趋势[J].资源科学,2004,26(zl):61-66.

[2] 潘英华,雷廷武,赵军.PAM与PG对土壤水分蒸发的影响[J].土壤通报,2008(1):990-994.[3] 冯雪,潘英华,张振华,等.PAM对土壤蒸发的影响分析及其模拟研究[J].农业系统科学与综合研究,2008(2):49-52.

[5] 王改玲,郝明德,李仲谨.不同覆盖物和蒸发抑制剂对土壤蒸发影响的研究初报[J].水土保持研究,2003,10(1):133-136.

[6] 叶飞飞,孙海龙,李绍才,等.秸秆网厚度及用量对土壤水分蒸发的影响[J].中国水土保持,2012(2):47-49.

[7] Gardner H R,Gardner W R.Relation of water application to evaporation and shortage of soil water[J].Soil Science Society of America Journal,1969,33(2):192-196.

[8] 李毅,邵明安,王文焰,等.覆膜不同开孔程度蒸发条件下土壤水热变化动态研究[J].土壤学报,2004,41(3):387-393.

(责任编辑 徐素霞)

S152.73；S156.2

A

1000-0941(2015)02-0044-04

刘洋(1989—)，女，四川宜宾市人，硕士研究生，主要从事生态工程、植被恢复方面的研究；通信作者龙凤(1983—)，女，四川成都市人，讲师，博士，主要从事生态工程、植被恢复方面的研究。

2014-04-15