聚丙烯酰胺防治水土流失理论与实践探析

胡文明++刘艳民++夏海江

摘要 通过对水土流失现状及其危害性的分析，调查当前国内外技术研究现状，确定研究方法及技术路线，开展大量室内模拟试验和野外现场试验，取得系列数据资料，分析了聚丙烯酰胺在进行防治水土流失时的作用机理及其适用范围和保水及抗风蚀性、示范应用效果等。

关键词 聚丙烯酰胺；水土流失；防治；理论与实践

中图分类号 S157.9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）22-0237-02

众所周知，目前我国水土流失非常严重，是世界上比较严重的国家，占国土总面积的51%的面积为水土流失严重的地区。辽宁省是水土流失比较严重的省份之一。全省共有坡耕地176万hm2，其中129万hm2存在着不同程度的水土流失，占坡耕地面积约73.0%。中度侵蚀面积约52.3万hm2，强度侵蚀面积约11.9万hm2。

水土流失对农业和生态环境破坏极大，严重地破坏了耕地资源，对农业的可持续发展构成严重威胁。水土流失还影响了河水的水质，加重了河道淤积，加剧洪涝灾害，降低河道泄洪能力，增大河道防洪负担，造成水土流失与贫困恶性循环等。由于水土流失的危害性，其防治一直是研究者关注的热点，对多种措施也进行了应用，但由于这些传统方法存在着不同的缺点，实际应用效果非常有限。

1 国内外现状调查

近年来，随着石油化工和合成技术的发展，具有天然材料所没有的优越性的高分子材料日益增多，并被人们所逐渐认识。化学措施防治水土流失已开始被人们尝试，并成为一个新的研究领域。由于聚丙烯酰胺在多领域有很好的治理效果，因此开展了防治水土流失时的作用机理及其适用范围和保水及抗风蚀性、示范应用等方面的研究，为解决生产实际问题开辟了水土保持新技术领域，具有创新性、实用性和前瞻性，具有重大的实际意义。

据查新检索，高分子聚合物聚丙烯酰胺已广泛应用于水处理、石油钻探、煤炭地质、纺织、造纸等行业。国内外有很多利用聚丙烯酰胺防治田间土壤侵蚀的报道。

2 研究方法与技术路线

采用室内试验和室外中间示范试验相结合的研究方法[1-2]。室内试验在铁岭市西丰县泉河水土保持试验站室内模拟试验场进行，室外中间示范试验在铁岭市西丰县泉河水土保持试验站野外试验场进行。技术路线框图见图1。

3 理论研究与实践应用结论

（1）为了探讨PAM能否减少土壤侵蚀量，测定了施用PAM前后土壤物理性质的变化。土壤的沉降系数、结构系数和各级水稳性团聚体问题是反映土壤抗水蚀性能的基本要素。对试验结果进行分析发现，PAM可以改善土壤的团粒结构，通过施用PAM，土壤的沉降系数等多个理化指标优于对照。说明PAM具有增强土壤抗水蚀能力，并有减少土壤侵蚀量的作用。

（2）施用不同剂型的PAM都能不同程度地减少土壤侵蚀量。以阴离子型分子量（3～4）×106的PAM减少土壤侵蚀量的效果最好。因此，阴离子型分子量（3～4）×106为最优剂型。

（3）PAM适宜用量为0.3～1.2 g/m2，相当于3～12 kg/km2，坡度小时，可采用下限值；坡度大时，以上限值为宜。

（4）在不考虑PAM受此紫外线照射而老化的情况下，选用辽北中壤土和PAM阴离子型分子量（3～4）×106剂型，进行了土壤扰动冲刷试验，共有8次重复，相当于一般农业生产活动中2年扰动历程后，结果表明，PAM防治水土流失效果的持效性可以达到2年以上。

（5）通过对3种坡度（6°、10°、15°）田面土壤侵蚀量室内试验观测，PAM处理区土壤侵蚀量明显小于对照区的土壤侵蚀量。对6°和15°坡度土壤侵蚀量观测结果进行了变量分析和t测验分析，变量分析结果表明处理间差异显著，t测验分析结果为PAM处理区较对照区均呈差异显著或极显著。说明PAM具有防治田间水土流失的效果，平均减少土壤侵蚀量78.1%。

（6）施用PAM可以减少地表径流。6°、10°、15°坡分别较对照区平均减少3.8%、13.4%、15.0%。在观测时段内PAM处理的土壤含水量均高于对照区。

（7）PAM处理较对照区土壤侵蚀量、肥力流失量显著减少，6°、10°、15°坡土壤侵蚀量分别是对照区的41.4%、51.6%、57.0%。有机质、速效氮、速效磷、速效钾流失量平均值分别是对照的30.5%、23.2%、29.8%、30.3%。正交分析表明，3种坡度条件下的最优组合均为A2B2C1，其主次顺序为用量（A）>次数（B）>方法（C）。

（8）施用PAM能够改善土壤结构性和水稳性，显著提高了土壤的持水性，有利于作物增产。施用PAM可使产量增加18.7%～32.4%。PAM投入费用为225元/km2，按增产15%计，可获经济效益500元/km2。

（9）PAM是低毒的，据中国科学院沈阳分院理论测试中心（绿色食品监测中心）生态环境部对PAM及作物秸秆和籽粒进行的残留物质检验表明，PAM用量在0.3～1.2 g/m2范围内，PAM的残留对土壤和作物无不良影响[3-4]。

（10）施用PAM可以缩短水分渗入土壤的时间，加速水分渗入土壤的速度，减少土壤水分渗出量，抑制土壤水分蒸发。因此，在田间施用PAM将有助于减少降雨后的地面径流和深层渗漏，增强土壤的持水能力和保水性能；施用PAM还可以减缓土壤密度的增大，避免土壤坚实板结，从而保持土壤良好的疏松结构，这将有助于作物的生长发育。

（11）施用PAM可以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。PAM在沙尘暴治理方面具有应用前景[4-5]，可以探讨在我国三北地区生态恢复建设中应用。

（12）目前不恰当的发展旅游和发展农业生产等人为原因造成环境破坏不断加速，水土流失日益严重，也引起了研究者和决策者的关注，如何有效开展生产的同时，减少水土流失的现状，是人们急切需要解决的问题。通过施用PAM可以改善土壤环境，增加土壤的保水蓄水能力，进而有效减少水土流失，该项工作的开展对农业可持续发展和保护环境有着重大的意义，其应用潜力无限[6]。

4 参考文献

[1] 水利部水土保持司.水土保持试验规范[M].北京：中国水利电力出版社，1988.

[2] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M].上海：上海科学技术出版社，1978.

[3] 杜尧东，夏海江，刘作新，等.聚丙烯酰胺防治坡地水土流失田间试验研究[J].水土保持学报，2000（3）：10-13.

[4] 李晶晶，邹超煜，白岗栓.聚丙烯酰胺对坡地苹果园水土流失和土壤养分流失的影响[J].应用生态学报，2016（9）：2991-2999.

[5] 刘长海，王廷斌，杨占英.施用聚丙烯酰胺可控制水土流失[J].水土保持科技情报，2004（4）：37-38.

[6] 王志忱，夏海江，王亮.聚丙烯酰胺防治土壤侵蝕的持效性试验研究[J].东北水利水电，2012（3）：12.