聚丙烯酰胺防治土壤侵蝕的試驗研究

王志忱 ，夏海江 ，2，王 亮

（1.遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽10003；2.東北大學，遼寧沈陽110004）

我國是水土流失比較嚴重的國家之一，全國現有水土流失面積36700萬hm2，占國土總面積的38.2%[1]。水土流失帶走了大量的土壤水分和養分，降低了耕地質量，破壞了生態環境，對農業的可持續發展構成嚴重威脅。目前，治理田間水土流失主要從工程措施、生物措施、農業措施等方面著手，但都存在或投資大、或周期長、或見效慢等不足。近年來，化學措施防治水土流失已成為一個新的研究領域。高分子聚合物聚丙烯酰胺作為絮凝劑、鉆井泥漿處理劑、堵水劑、織物處理劑、紙力增強劑、土壤結構改良劑等，已經廣泛應用于水處理、石油鉆探、煤炭地質、紡織造紙及農業土壤改良。但應用于水土保持領域在國內外尚處于起步階段。美國農業局利用低濃度的聚丙烯酰胺處理溝灌水防治田間土壤侵蝕，取得了良好效果。以色列、比利時、委內瑞拉、印度等國家也開始了應用聚丙烯酰胺防治水土流失的試驗研究；中國科學院南京土壤研究所曾應用聚乙醇改良土壤，也提及聚乙醇具有抗御土壤水蝕的作用。為了深入研究聚丙烯酰胺防治水土流失的作用，開展了大量的室內試驗、田間試驗和示范應用，取得了大量的試驗數據。

1 材料與方法

試驗地點位于鐵嶺市西豐縣泉河水土保持試驗站試驗室。該試驗站具備水土保持相關試驗儀器設備和專業試驗人員。

試驗土樣：研究中在水土流失重點地區的遼西和遼北[2]選擇具有代表性的土壤作為試驗土樣。經調查，選擇確定遼北地區的棕壤土和遼西地區的褐土兩種土樣。

按《水土保持試驗規范》[3]設計適宜的試驗室，模擬降雨系統和試驗小區。

模擬降雨系統采用微噴模擬人工降雨，用潛水泵供水，降雨強度控制在60mm/h，每次降雨時間掌握在3h。

試驗區設計：試驗小區分3種坡度，各為6°，10°，15°。每種坡度各并排設4個小區。每個試驗小區長2m，寬0.5m，面積為1.0m2。在每個小區的下端設有出水口和盛水池，盛接徑流和土壤侵蝕量。每小區土層厚0.3m。共12個。

供試聚丙烯酰胺：由遼寧省撫順市化工六廠生產。聚丙烯酰胺按離子類型可分為陰離子型、陽離子型和非離子型。按分子量陰離子型可劃分為6～10個數量級，非離子型可劃分為2～3個數量級。試驗前首先作了試瓶試驗，發現陰離子型分子量400～500萬和300～400萬，非離子型分子量300～400萬促進土壤沉降效果最好，而陽離子型與土壤絮凝速度較慢。因此，確定供試聚丙烯酰胺的劑型為陰離子型分子量400～500萬（A）和300～400萬（B）以及非離子型分子量300～400萬（C），共3個劑型。

聚丙烯酰胺施用：各小區聚丙烯酰胺用量均按0.3g/m2進行。試驗時，將稱量好的聚丙烯酰胺溶解于3×104ml的水中，均勻噴施于小區土壤表面，對照小區噴施等體積清水。4次重復，隨機排列。

每次模擬降雨完成后，小區靜置1h，繼續下一次模擬降雨。進行5次模擬降雨后，觀測各小區徑流量和土壤侵蝕量。

2 研究結果及分析

表 1，2，3是遼北地區的中壤土 6°，10°，15°各小區經5次降雨沖刷(不換土)后的土壤侵蝕累積量。

表1 不同劑型處理土壤侵蝕累積量（坡度6°，中壤土）

表2 不同劑型處理土壤侵蝕累積量（坡度10°，中壤土）

統計檢驗表明，3種坡度下各處理間均達到了F0.05的顯著水平，說明施用聚丙烯酰胺的確起到了減小土壤侵蝕量的作用。A，B，C等3種劑型與對照相比，土壤侵蝕量在6°坡條件下，分別減少48.5%，77.4%，53.6%，在 10°條件下，分別減少62.6%，79.8%，69.0%，在 15°條件下，分別減少58.5%，77.0%，66.0%。3種坡度條件下都是以劑型B效果最好，較對照平均減少土壤侵蝕量78.1%，其次是劑型C，較對照平均減少62.9%，劑型A較對照平均減少56.5%。檢驗結果表明，A，B，C與對照之間均達到了t0.01的極顯著水平，但3種劑型之間差異不顯著，按優劣排列順序為B＞C＞A。遼西地區的砂壤土也得到了相似的結果（見表4）。因此，確定B（陰離子型分子量300～400萬）為最優劑型。

表3 不同劑型處理土壤侵蝕累積量（坡度15°，中壤土）

表4 3種坡度上不同劑型處理土壤侵蝕累積量（砂壤土）

[1]中國統計局.中國統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，1996.

[2]遼寧省統計局.遼寧省統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，1996.

[3]水利部水土保持司.水土保持試驗規范[S].北京：水利電力出版社，1988.