聚合物型土壤固結劑對土壤的固結性能及其在苗木移栽上的應用*

王少麗 楊緒平 雒超星 熊正奇 王少博 宋盛菊 劉麗麗 李少鋒

(1.林木遺傳育種國家重點實驗室 中國林業科學研究院華北林業實驗中心 北京九龍山暖溫帶國家森林長期科研基地 北京 100091；2.中國林業科學研究院 北京 100091；3.黑龍江工程學院材料與化學工程學院 哈爾濱 150050；4.北京陽盛新材料科技有限公司 北京 102299；5.中國運載火箭技術研究院研究發展部 北京 100076)

隨著城市空氣污染的加劇，增加城市綠化樹的擁有量將有助于改善城市生態環境，提高人們的生活質量(Arnold,2005)。在城市綠化工作中，苗木移栽的成活率是評價造林綠化工程質量的重要標準之一。在苗木移栽過程中，苗木土球的完整無損是保證苗木栽植成活率的關鍵(鄒超等，2014)。合格的土球可以有效保護苗木根部不失水，保持樹體的最原始狀態；苗木的土球越大，土球保持的越完整，對移栽的苗木傷害越小，返苗越快，成活率越高。一般情況下，對土球大小的要求是要大于樹木本身胸徑的5～10倍，土球的高度一般為土球直徑的2/3左右。由于育苗地多為疏松的土壤，在濕潤的苗圃條件下土壤本身結塊能力較差，苗木特別是大苗(或大樹)起苗時難成土球的現象時有發生，有的雖然勉強成球，但在運輸過程中很容易被壓碎，勉強栽植，成活率低，且苗木死亡造成的損失較大。另外，現在的起土球操作不但技術要求高，且對土球必須進行包裹、捆綁甚至木箱包裝(Sun,2015)；即便如此，在苗木的裝卸和運輸過程中，也會出現大量土球破碎的現象。因此，要保證土球的完整性，首先應在起苗前從改變苗木根系部位土壤的松散特性入手。如果能研發一種固化物質，在苗木移栽前澆灌于其根系部位使苗木根部的土壤形成堅固的類似“混凝土狀球”，待苗木栽植后再澆灌另一種物質或經過特定的時間能自行分散成原狀土。這樣不僅能從根本上解決起苗帶土難的問題，還可有效地解決苗木在裝卸運輸過程中，土球易破碎的問題，還可以節省大量的包裝材料。

目前，對土壤起快速固結作用的是土壤固化劑(Taoetal.，2015)，其主要是作為一種新型建筑材料，廣泛應用在建筑地基處理、公路路基加固、水利工程等領域(李琴等，2011；周海龍等，2014；米吉福等，2017;Zhaoetal.,2016；Zhuetal.,2008;Liuetal.,2011)。該類固化劑主要是以固化土壤為目標，屬于單向固化，并不能再讓固化的土壤松散(Katzetal.，2001;Wangetal.,2015)，尤其是無機類的土壤固化劑會對土質產生嚴重的負面影響，固化后的土層基本喪失了植物生長能力，且固化土中的堿性物質隨雨水滲入到附近的土地會對植被產生危害(Linetal.,2016;Cuisinieretal.,2011)。所以，建筑所用的土壤固化劑不能用于苗木移植。因此，為了探索新型苗木移栽技術，需要對能固結移栽苗木根部土壤且不影響苗木成活的固結劑開展研究。

由于新型苗木移栽的土壤固結劑既要考慮原料的環保性，又要保證固結劑的流動性及其對土壤的固結性能，還要考慮固結劑在固結土壤后具備良好的降解性能。因此，選擇天然高分子化合物作為其主要的合成原料。魔芋葡甘聚糖(KGM,konjac glucomannan)是一種無色、無毒、無異味，具有高親水性的高分子化合物(Nishinari，2000；顧蓉等，2013)。它吸水后呈膠液狀。該膠液呈現出很高的粘性，也具有很好的保水性(王麗霞等,2011;顧蓉等,2014)。同時，該膠液體是一種假塑性流體，剪切力使其變稀，即粘度下降(顧蓉等，2010)。因此，KGM能滿足環保型土壤固結劑的制備要求。但是魔芋葡甘聚糖耐水性較差，不能直接作為聚合物型土壤固結劑的唯一成分；殼聚糖(Chitosan，CA)是自然界中唯一的天然堿性多糖，也是甲殼素最主要的衍生物(封晴霞等，2018)。由此可見，殼聚糖也能滿足環保型土壤固結劑的制備要求。但是由于殼聚糖的價格較高，一般不將其作為唯一的制備材料使用。殼聚糖的分子結構中含有多種功能基團，可生成各種具有不同物理、化學性質及生物功能的殼聚糖衍生物(劉瀾等，2009)。KGM和CA共混可有效地改善高分子材料性能。(王碧等，2006；王英等，2009；趙國駿等，1998)。因此，將CA作為KGM的共混材料，不僅具有結構上的可行性，在性能上也能改善KGM耐水性差的問題；聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)是粉末狀水溶性高分子樹脂，無毒無害，價格低廉，成膜性好且生成的膠膜強度高(武戰翠，2012)。為了進一步保證聚合物型土壤固結劑的成膜性能及其膠膜強度，需要根據其應用要求在KGM與CA的共混膠液中適當加入PVA增強其性能。

因此，筆者以KGM和CA為主要原料，PVA為助劑，采用高分子共混技術成功制備了KGM/CA二元共混型和KGM/CA/PVA三元共混型土壤固結劑(王少麗等,2019；Wangetal.,2021)。本研究主要是研究制備的共混型土壤固結劑對土壤的固結性能，重點研究了固結土柱的抗運輸振蕩性；然后通過將聚合物型土壤固結劑在桑樹(Morusalba)幼苗、沙地柏(Juniperussabina)幼苗和大葉黃楊(Euonymusjaponicus)移栽過程中的應用，考察了聚合物型土壤固結劑對壤土和砂質土壤的固結效果，以及聚合型土壤固結劑的應用對苗木移栽帶來的便利性和其應用對移栽苗木的影響。本研究通過將前期制備的性能較佳的聚合物型土壤固結劑應用在苗木移栽上，形成苗木移栽的新技術，以期將高分子聚合物的應用逐步擴展到造林綠化等生態環境工程中。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 1)土壤固結劑的制備方法 主要以KGM、CA與PVA為主要原料，按照原來的制備方法(王少麗等，2019)，制備成KGM/CA共混膠液，再加入助劑PVA制備KGM/CA/PVA三元共混膠液，然后根據需要加入增黏劑和防腐劑等。將膠液自然冷卻至室溫條件下密封備用。具體制備過程如下：首先，將200 mL一定濃度的冰醋酸溶液加入到500 mL四口燒瓶中，再加入一定比例的KGM和CA進行攪拌，調整攪拌器轉速為400 r·min-1，同時將混合溶液加熱到一定的溫度使KGM與CA充分混合1 h左右，然后再在混合溶液中加入一定濃度的NaOH溶液調整溶液的pH值，形成KGM/CA二元共混膠液。在KGM/CA混合溶液中加入一定濃度的PVA攪拌1 h，即可制成KGM/CA/PVA三元共混膠液。

2)土壤固結劑的應用材料 選用華北地區的特色土壤褐土為主要的土壤固結材料。根據試驗需求，選擇褐土中的壤土制備固結土柱。移栽苗木選用桑樹沙地柏和大葉黃楊幼苗。試驗不同，選用褐土的質地不同。移栽桑樹幼苗選用壤土，移栽沙地柏幼苗和大葉黃楊選用砂質土壤。

1.2 試驗儀器 水浴加熱鍋；機械攪拌器；體視鏡(leica DFC425C)；模擬運輸振動試驗臺MPA3324/H1248A(10 T)和LS437A/BT900 M(4 T)；有效載荷300 kg的模擬運輸振動試驗臺HK-120。

1.3 土柱樣品的制備 參照前期固結土柱的制備方法，將土壤在烘箱中烘干至恒質量，取400 g干燥的土壤與100 g的純凈水混合并攪拌均勻。然后以環刀為模具，將土壤制備成2種不同型號的土柱(型號1：模具直徑50 mm，高50 mm；型號2：模具直徑100 mm，高64 mm)。用模具1制備的型號1土柱樣品需要100 g混合均勻的潮濕土壤，而用模具2制備的型號2土柱樣品則需要400 g混合均勻的潮濕土壤。將土柱脫模后，在土柱的側表面和上、下表面分別噴涂上KGM/CA或者KGM/CA/PVA共混型聚合物膠液。型號1的土柱樣品需要10 g的聚合物膠液即可將土柱的各個表面覆蓋均勻，而型號2的土柱樣品則需要40 g的聚合物膠液。在無雨的天氣下，將土柱樣品在戶外晾曬1～2天至土柱表面完全固結。

1.4 砂質土球和固結砂質土球的制備方法 1)砂質土球的制備方法：根據苗木根部砂質土壤的質量，摻入適量的水增加其黏度，將土壤壓實，使土壤在移栽苗的根部形成一個砂質土球。2)固結砂質土球的制備方法:按照砂質土球的制備方法，首先在移栽苗的根部形成一個砂質土球，然后將聚合物型土壤固結劑均勻的噴涂在砂質土球表面，最后將噴有聚合物型土壤固結劑的砂質土球自然晾干1天左右，待膠液在土球表面固結形成具有堅硬外殼的砂質土球即可。

1.5 苗木移栽新方法初探 以壤土為主要固結對象，采用生長在戶外的胸徑為5～10 mm的苗木為主要移栽對象。首先在苗木根部以移栽苗為圓心，圈出1個直徑10～15 cm的圓，然后將圓外側的土壤由上至下逐步清理，直至移栽苗根部形成1個圓錐狀的土球(圖1)。該圓錐狀土球底部與地面約有1 cm2的接觸面相互銜接。隨后，將土壤固結劑膠液噴涂在圓錐狀土球的上表面和側表面。經過1天左右的固結，土球表面的膠液與表層土壤混合形成堅硬的外殼。砂質土壤上移栽苗木，除在苗木根部固結砂質土球的制備方法略有不同外，移栽方法與壤土上移栽方法類似。

圖1 圓錐狀土球模型Fig.1 The model of conical soil ball

1.6 固結土柱的性能測試與結構表征 1)土柱表面的膠膜形貌觀察 采用Leica DFC425C體式鏡觀察固結土柱上表面固結膜的表面形貌。將型號1的固結土柱樣品放置在載物臺上，從目鏡中觀察載物臺上的土柱膠膜，然后通過調整“光源”和“調焦/變倍”獲得土柱樣品表面固結膠膜的最佳圖像，并將圖像傳送至軟件的圖片窗口進行保存。

2)土柱抗運輸震蕩性測試 方法1：根據GJB150.16A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法-振動試驗》中第16部分“振動試驗”和第18部分“沖擊試驗”，需要對固結土柱進行模擬運輸抗振蕩性能的測試。測試試驗包括：高速公路卡車振動試驗、組合輪式車振動試驗和沖擊試驗。在高速公路卡車運輸振蕩試驗、組合輪式車運輸振動試驗和沖擊試驗都進行了橫向、縱向和垂向3個方向的測試。高速公路卡車振動試驗、組合輪式車振動試驗和沖擊試驗的橫向和縱向試驗均由LS437A/BT900 M(4T)振動臺完成的，而高速公路卡車振動試驗、組合輪式車振動試驗和沖擊試驗的垂向試驗均由MPA3324/H1248A(10T)振動臺完成的。高速公路卡車振動試驗模擬的高速公路的運輸里程達到1 000 km以上。組合輪式車振動試驗模擬的是在三、四級國道上運輸時的振動情況。該試驗模擬的三、四級國道的運輸里程達到400 km以上。

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方法2：根據美國運輸協會標準(ISTA)與美國材料協會標準(ASTM)，采用模擬運輸振動試驗臺HK-120測試固結土柱的抗運輸振蕩性。測試使用的箱子規格為：33 cm×22 cm×24 cm。在箱子內放置兩排固結土柱，土柱編號后隨機放置，不采用任何防磨損的保護措施，確保每個固結土柱在振蕩時均勻受力。使用36個土柱樣品，每6個待測土柱樣品為一組(1個土柱未用膠液固結為對照；5個土柱用如表1所列不同的膠液固結)，先稱量其初始質量并記錄(表1)，然后采用隨機排布的方式，在測試箱子中將6個土柱排成2排，并按照模擬運輸振蕩的ISTA/ASTM標準測試方法進行測試。

表1 固結土柱樣品詳情Tab.1 Details of consolidated soil column samples

2 結果與分析

2.1 固結膠膜的表面形貌 當噴涂的KGM/CA二元共混膠液或KGM/CA/PVA三元共混膠液在土柱表面固結后(圖2a)，膠液與土柱表層土壤形成一層堅硬的外殼(圖2b)，搬動時不必擔心土球的碎裂破損。該結構使固結的土柱具有一定的抗壓強度(Wangetal.，2019)。

圖2 土柱表面固結的聚合物膠膜Fig.2 The polymer adhesive membrane on the surface of soil columnsa． 共混型土壤固結劑對土柱的整體固結情況；b.固結劑在土柱表面形成的固結膠膜a.Integral consolidation of soil column by blending soil consolidation agent;b.Consolidation adhesive membrane formed by consolidation agent on the surface of soil column.

通過體式鏡觀察固結土柱的表面形貌如圖3所示。通過該形貌圖可以看出，KGM/CA/PVA膠液與土柱表層土壤形成一層堅固的膠膜(圖3a)。有的膠膜表層有許多凸起的團粒氣泡，每個氣泡里面都包裹了土壤顆粒，并在土壤顆粒的表面形成了帶有孔洞的凸起膜(圖3b)，有的膠膜則是在土柱的表層形成了一個帶有孔洞的網狀膠膜(圖3c)，該固結膠膜的透氣性能會更佳。

圖3 土柱固結膠膜的表面形貌Fig.3 Cemented surface morphology of consolidated soil column固結劑的制備條件：a.KGM，CA與PVA含量分別為4.0%，4.0%，1%；b.KGM，CA與PVA含量分別為4.0%，4.0%，2%；c.KGM，CA與PVA含量分別4.0%，4.0%，3%.The preparation conditions of consolidation agent:a.The contents of KGM,CA and PVA were 4.0%,4.0% and 1.0% respectively;b.The contents of KGM,CA and PVA were 4.0%,4.0% and 2.0% respectively;c.The contents of KGM,CA and PVA 4.0%,4.0% and 3.0% respectively.

2.2 固結土柱的抗震蕩性 1)二元共混型聚合物土壤固結劑的制備條件對固結土柱抗震蕩性的影響 苗木移栽運輸時，固結的土球應能夠承受苗木從苗圃地到定植點運輸途中的各種振蕩。振蕩的類型主要包含高速公路和三、四級國道運輸時土球的振蕩與摩擦以及運輸途中土球突然被顛起又掉落的沖擊振蕩。采用二元共混型聚合物土壤固結劑固結苗木根部的土球，需要測試固結土球的抗運輸振蕩能否滿足應用要求及其主要影響因素。

在高速公路卡車運輸振蕩試驗和沖擊試驗3個方向的測試中，固結的土柱均未發現磨損與破損。在組合輪式車運輸振蕩試驗的橫向和縱向試驗中，也未發現固結土柱的磨損與破損，但是在其垂向測試過程中，測試的35個固結土柱中，有4個土柱保持完好(圖4)，4個土柱出現了不同程度的碎裂現象(圖5)，27個土柱出現了不同程度的磨損。

振蕩測試后保持完整土柱典型代表：經過高速公路卡車運輸振蕩試驗、組合輪式車運輸振動試驗和沖擊試驗，圖4a、4c僅在土柱上表面有輕微的磨損，其余部分沒有任何磨損與磕碰；在土柱的下表面圖4b沒有任何的磨損，固結土柱保持完好；固結土柱圖4d的上下表面和側表面沒有任何的磨損與磕碰，固結土柱保持完好。由此說明該配方制備的KGM/CA二元共混膠液對褐土具有較好的固結性能，制備的固結土柱也具有較好的抗運輸振蕩性。

振蕩測試后碎裂嚴重土柱典型代表：在組合輪式車運輸振動試驗的垂向測試過程中，有4個土柱出現了不同程度的磕碰。圖5a出現了攔腰碎裂的現象；由于振蕩劇烈，固結土柱之間相互撞擊，圖5b—d固結的土柱均為邊沿部分磕碰嚴重。由圖5b與圖5d可以看出，在固結膠液相同的情況下，無論固結土柱規格大小，在抗震蕩運輸測試過程中均會出現類似的碎裂情況。這說明固結土柱抗震蕩運輸性能的主要影響因素是固結膠液的配方；對比圖5a與圖4c發現，土壤pH值大于7時，固結土柱的抗運輸震蕩性能較好。由此可見，具有一定酸性的KGM/CA共混型土壤固結劑更適合應用于堿性土壤的固結。

圖4 在組合輪式車運輸振蕩試驗的垂向測試后保持完整的土柱Fig.4 Intact soil columns after vertical direction vibration test of combined wheeled vehicle transportationa(固結土柱的上表面)和 b(固結土柱的下表面)：膠液 pH值4.0；褐土pH 值8.5；土壤粒徑5mm。c：膠液pH值4.3；褐土pH值8.5；土壤粒徑5 mm。d：膠液pH值4.3；褐土pH值8.5；土壤粒徑2 mm。a(Upper surface of consolidated soil column)and b(Lower surface of consolidated soil column):pH of glue is 4.0；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm.c：pH of glue is 4.3；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm.d：pH of glue is 4.3；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 2 mm.

圖5 在組合輪式車運輸振蕩試驗的垂向測試后碎裂的土柱Fig.5 Broken soil columns after vertical direction vibration test of combined wheeled vehicle transportationa：膠液的pH值4.3；褐土的pH值6.86；土壤粒徑5mm；土柱型號1。b：膠液的pH值4.87；褐土的pH值8.5；土壤粒徑5mm；土柱型號1。c：膠液的pH值3.5；褐土的pH值8.5；土壤粒徑5mm；土柱型號2。d：膠液的pH值4.87；褐土的pH值8.5；土壤粒徑5mm；土柱型號2。a：pH of glue is 4.3；pH of the Cinnamon soil is 6.86；soil particle size is 5 mm；Soil column model 1.b：pH of glue is 4.87；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm；Soil column model 1.c：pH of glue is 3.5；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm；Soil column model 2.d：pH of glue is 4.87；pH of the Cinnamon soil is 8.5；soil particle size is 5 mm；Soil column model 2.

2)三元共混型聚合物土壤固結劑的制備條件對固結土柱抗震蕩性的影響 對于用KGM/CA/PVA三元共混膠液制備的固結土柱，采用方法2模擬運輸振動試驗臺HK-120測試其固結土柱的抗運輸振蕩性。如圖6所示，在試驗1中(150 RPM,25 Hz,95 min)，與對照樣品1-0至6-0相比土球樣品(1-1至6-1)的外觀和質量均無明顯變化。在試驗2中(180 RPM,3.0 Hz,79 min)，各個土球的(1-2至6-2)質量變化不大，質量減少量在1 g左右。但是通過振蕩后樣品的比較觀察發現，對照的土球樣品1-2外觀發生明顯變化，抗振蕩能力明顯不如用膠液固結的土柱樣品2-2至6-2 (圖6)。在試驗3中(210 RPM,3.5 Hz,66 min)，樣品1-3至6-3的土球均有不同程度的磨損，但是用膠液固結的土柱樣品2-3至6-3的磨損情況明顯小于對照樣品1-3的磨損情況。其中，對照樣品1-3的磨損程度最大，而用固結劑固結的5個樣品中，樣品3-3和5-3的磨損程度相對較大。在試驗4中(240 RPM,4.0 Hz,60 min)，隨著振幅的繼續增大，6個土柱樣品的外表均出現了明顯的磨損。雖然能明顯看出用膠液固結的土柱樣品(2-4至6-4)的磨損程度明顯小于對照樣品(1-4)，但是由于該組測試中，振幅較大，具有固結膠膜的5個樣品在這組試驗中表面的膠膜磨損最多。在試驗5中(270 RPM,4.5 Hz,53 min)，6個土柱樣品的外觀變化與試驗4中的類似，對比不明顯，因此未放照片比對。但通過與試驗4中土柱樣品對比之后發現，用膠液固結的5個土柱樣品質量的減少量明顯少于對照組樣品1-5的質量減少量。其中，樣品1-5的質量減少量占比16 g(質量減少量占比9.6%)，而樣品6-5的減少量僅為3 g(質量減少量為1.8%)(表2)。在試驗6中(300 RPM,5.0 Hz,48 min)，通過更高頻率的振蕩發現，不僅樣品1-6的磨損加快，樣品質量的減少量增加；樣品2-6至6-6隨著其表面膠膜的缺失，樣品質量的減少量明顯增加。同時，通過樣品的磨損程度以及樣品質量的損失量可以看出，樣品6在試驗5(質量減少量占比1.8%)和試驗6中均表現優異(質量減少量占比3.0%)(表2)。

圖6 固結土柱樣品磨損狀況Fig.6 Wear condition of consolidated soil column samples樣品編號第1個數字表示所用膠液的制備條件(參見表1)，第2個數字表示振蕩試驗號(其中0代表是對照試驗)。The first number in the sample numbers indicated the preparation conditions of the glue used (see Tab.5),and the second number indicated the simulating transportation vibration test number (where 0 represented the control experiment).由于1-1至6-1的振蕩測試結果與1-0至6-0相比基本無變化，因此略去。Since the vibration test results of 1-1 to 6-1 are basically unchanged compared with 1-0 to 6-0,they are omitted.

表2 模擬運輸振蕩試驗后固結土柱樣品詳情Tab.2 Details of consolidated soil column samples after vibration test of simulated transportation

綜上所述，通過方法2進行的模擬運輸振蕩試驗，在試驗1至試驗4中，用膠液固結的樣品2至樣品6與對照樣品1的外觀對比，可以看出采用膠液固結的樣品2至樣品6，其磨損情況明顯小于樣品1。可見在土柱表面的膠膜具有良好的抗運輸震蕩性，表明該聚合物型土壤固結劑具有一定的實用性。隨著振蕩幅度的增大，采用膠液固結的樣品2至樣品6的磨損情況急劇增加。這是由于隨著振幅的增大，土柱表面固結膠膜的磨損面積增大所導致的。但是在實際的運輸過程中，很少會出現如此大幅度的振蕩(如試驗5和試驗6)。因此，前四組的振蕩試驗結果更具有實際參考價值。

2.3 聚合物型土壤固結劑在苗木移栽上的運用 1)KGM/CA共混膠液在壤土中的應用 以華北地區褐色土壤壤土為主要固結對象，將KGM/CA型土壤固結劑在桑樹幼苗的移栽過程中進行了初步運用。按照壤土上苗木移栽的新方法，在桑樹幼苗的根部形成1個直徑大約10 cm的土球。將KGM/CA型土壤固結劑(配方1)直接噴涂在該土球上。經過1天的固結，固結劑在土球表面固結(圖7a)。此時可以直接將桑樹幼苗底部斷根并將土球起土。土球可以直接被搬運而不會出現碎裂的現象(圖7b)。將土球運送到定植點后，可以按照苗木的栽植要求直接完成桑樹幼苗的栽植(圖7c)。在苗木移栽的過程中，不需要用包裹材料和草繩等對土球進行保護。由此可見，土壤固結劑在苗木移栽上的應用不僅可以保證土球的完整性還能節省大量的包裝材料。

圖7 KGM/CA型土壤固結劑在桑樹幼苗移栽上的應用Fig.7 Preliminary application of KGM/CA soil consolidation agent in mulberry seedling transplantation

2)KGM/CA/PVA共混膠液對砂質土壤的固結應用 ①KGM/CA/PVA共混膠液在沙地柏移栽上的初步應用 苗圃地里的沙地柏幼苗培育一般是在摻有有機物的砂質土壤里培育。按照目前的移栽技術，由于砂質土壤比較松散，該類幼苗移栽時如果不借助塑料營養袋，僅按照砂質土球的制備方法，基本無法在沙地柏幼苗的根部形成砂質土球(圖8a)。如果過多使用塑料營養袋，會對環境造成一定的負擔。因此，為了在沙地柏幼苗的根部形成有效的土球，按照砂質土球的制備方法，將KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑(配方2)噴涂在了25株沙地柏幼苗根部的土球上，使其形成具有堅硬外殼的砂質土球(圖8a)。隨后，根據運用聚合物型土壤固結劑在砂質土壤上移栽苗木的新方法，將25株沙地柏幼苗移栽至定植點進行移栽。同時將用育苗容器的25株沙地柏幼苗也隨機穿插著栽植在定植點作為對照(圖8d)。經過24天的生長之后，發現運用土壤固結移栽的沙地柏長勢良好(圖8b)，且沒有表現出任何生長不良的現象(圖8c、8d)。

圖8 固結劑在檉柳葉沙地柏移栽上的初步應用Fig.8 Preliminary application of consolidation agent in transplanting of Sabina chinensis

②KGM/CA/PVA共混膠液在大葉黃楊移栽上的初步應用 栽植在砂質土壤中的大葉黃楊，在起苗時無法帶起理想的土球。為了檢驗聚合物型土壤固結劑對砂質土球上的固結效果能否達到苗木移栽應用的要求。選擇直徑為8 mm的大葉黃楊為移栽苗，如圖9所示。按照砂質土球的制備方法，在大葉黃楊的根部制備了橢球型的土球。土球規格為直徑18 cm，高度13 cm(圖9b和9c)。土球未被KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑固結之前，表面有微裂紋，容易碎裂。將KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑配方3噴涂在土球表面并讓其固結1天后，土球表面就會形成相對堅硬的外殼(圖9a—9c)。土壤固結劑對土球的固結效果良好，其固結力足以承受土球的自重，因此可以直接提著苗木將土球進行搬運(圖9d和9e)。將大葉黃楊移栽到定植點后，按照苗木移栽的要求，完成填土、圍堰和澆水等程序(圖9f—9h)。后續跟蹤觀察，發現移栽的大葉黃楊生長良好(圖9i)。這表明，KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑對砂質土球具有較好的固結效果，固結的強度滿足了大葉黃楊移栽苗在搬運過程中土球不破碎的要求。另外，應用KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑移栽的大葉黃楊并沒有出現生長不良現象，表明KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑的應用及其降解產物對移栽苗木和周邊土壤無不良影響。

圖9 KGM/CA/PVA型土壤固結劑在大葉黃楊大苗移栽上的運用Fig.9 The application of KGM/CA/PVA soil consolidation agent in E. japonicus transplantation

3 討論

3.1 固結土柱的表面形貌保證其良好的固結特性 固結土柱的表面凸起膜與土柱表面的土壤顆粒緊緊黏連在一起，使得土柱表面的土壤與膠膜形成了一個整體。該固結膜不僅結構穩定，而且具有保水性、透濕性和根系透氣性等理想性質(Wangetal.，2021)。不僅能夠保證土柱在運輸過程中的完整性,而且能夠滿足苗木根系保水透氣性的要求。

3.2 土壤固結劑的制備條件對固結土柱的抗運輸振蕩性的影響 由2種不同的振蕩測試方法對固結土柱進行了抗震蕩性測試，可以看出雖然不同的振蕩方法、樣品測試位置對固結土柱的抗運輸振蕩性也有一定的影響，但是最重要的影響因素還是聚合物型土壤固結劑的制備條件。通過振蕩方法1的測試結果，可以看出，KGM/CA二元共混聚合物型土壤固結劑能滿足在高速公路卡車運輸的一般要求。

在抗振蕩測試二中發現，助劑PVA含量的增加對固結土柱的抗運輸振蕩性具有明顯的提高作用。這是由于聚乙烯醇成膜性能好且生成的膠膜強度高(武戰翠，2012)，因此在一定程度范圍內，隨著PVA含量的增加，KGM/CA/PVA二元共混膠液在固結土柱表面形成的膠膜強度會增加，在抗運輸振蕩過程中，對固結土柱的保護性能會更好。

3.3 聚合物型土壤固結劑對苗木移栽技術的影響 將KGM/CA與KGM/CA/PVA型土壤固結劑在壤土和砂質土壤的苗木移栽中進行了初步應用，發現聚合物型土壤固結劑的應用對苗木根部的土球具有良好的固結效果，尤其是在砂質土壤中，能保證砂質土壤在苗木的根部形成1個完整的土球，且在搬運過程中不破碎，對移栽苗木根部起到了保護作用。由于苗圃地的土壤多為砂質土壤，起苗時無法帶起土球((Pengetal.，2020)。因此，聚合物型土壤固結劑在苗木移栽技術上的應用，對促進砂質土壤上移栽苗木新技術的形成至關重要。但是，目前制備的KGM/CA與KGM/CA/PVA型土壤固結劑在苗木根部的土球上形成固結膠膜需要的時間略長，因此后續還需要對共混型土壤固結劑的配方進行改進。

4 結論

1)固結在土柱表面的KGM/CA和KGM/CA/PVA膠膜是帶有一定孔隙結構的固結膠膜。該結構不僅能保證固結土球具有一定的抗運輸振蕩性，還能滿足移栽苗的根部對水分和氧氣的需求。

2)在固結土柱的抗運輸振蕩性的研究過程中發現KGM/CA和KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑的制備條件直接影響了固結土柱的抗運輸振蕩性，如KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑的制備條件：醋酸溶液濃度為20%，膠液pH值為4.5，共混溫度為40 ℃，KGM、CA與PVA含量分別為4.5%，4.5%和6%時，該配方的固結劑對土柱的固結效果較好，固結土柱的抗運輸震蕩性能較佳；同時，還發現，由于目前制備的共混型土壤固結劑具有一定的酸性，因此對堿性土壤具有更好的固結作用。

3)通過將KGM/CA和KGM/CA/PVA共混型土壤固結劑在桑樹幼苗、沙地柏幼苗和大葉黃楊移栽過程中的應用研究發現，該類共混型固結劑對壤土和砂質土壤均具有較好的固結效果，既保證了移栽苗木根部土球的完整性和移栽苗的成活率，還對苗木的生長無不良影響。