聚丙烯酰胺與瓜爾膠復配改良水電站剝離表土用于渣場生態修復的現場效果研究

關鍵詞：水電站；渣場；聚丙烯酰胺（PAM）；瓜爾膠（GG）

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）07-0193-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.057

Study on the Site Effect of Using PAM and GG Compound to Improve the Stripping Surface Soil of Hydropower Stations for Ecological Restoration of Slag Yards

LIUZhendong'，LIANGJuntaol，LIWenbo’，WUYuxi2，CAOZhihua2 （1.Xizang Datang Zhala Hydropower Development Co.，Ltd.，Changdu854Oo0， China; 2.BeijingNormal University，Beijing 1OO875，China）

Abstract：Inorder tosolvetheproblemsofloosesurface structureandlackof nutrients intheslagyardof hydropower stations，this study took the slag yardof Zhala Hydropower Stationasanexample，and thecombinationof anionic Polyacrylamide（PAM）andGuarGum（GG）was used toamend the stripped topsoilof Zhala HydropowerStationat150and 300g/m² ，respectively.The slag yard surface was covered with theamended topsoil.The organic fertilizer was thenadded at 1.5kg/m² .Thenutrientretentionabilityof thereconstructedslag yard topsoil was investigated，togetherwith itsinfluence onthegrowthofnative plants.Theresultsshowedthatthe matrix constructedbythecombinationofPAMandGGincreased thecontentofrganicmater，totalrogen，totalphosphorusndtotalotassuminthetopsoil.Teutrientcoetofthe topsoilitheearlyandlatestagesofsoilcoverwasmuchhigherthanthebackgroundvalue，anditalsohadasignificant improvementefectontheavailablenitrogen，phosphorus，andpotassiumcontent.Thereconstructionoftopsoil intheslag yardhaspromotedthegrowthofplantssuchstallescue，alkaligass，arlymaturinggrasndstargrass，andiased vegetation coverage.

Keywords： hydropower station; slag yard; Polyacrylamide （PAM）; Guar Gum （GG）

隨著我國基礎設施建設的快速發展，生產建設項目中產生的大量棄土棄渣已成為一個不容忽視的環境問題。這些棄渣場的存在不僅占用了寶貴的土地資源，還引發了土壤流失、水污染等一系列生態環境問題[1，嚴重削弱了區域的水土保持能力。這些棄渣場的生態修復已成為當前水土保持領域的重點。

水電站在建設過程中產生了大量的塊石以及碎石，形成大面積的渣場。渣場覆土層較薄、結構松散、黏聚力小、養分缺乏，故而植物生長條件缺失，自然恢復過程緩慢[2。因此，改良水電站渣場覆土結構以及提升土壤肥力是實現其快速有效生態修復的關鍵。在此背景下，添加土壤改良劑作為一種重要的生態修復手段，引起了廣泛關注。

以天然材料如禽畜糞便、農林類廢棄物為原料制備的環保型土壤改良劑[3]，在改善渣場覆土結構及提升土壤肥力方面具有顯著效果[4。在農業生態系統中，牛羊排泄物作為一種有機肥料，富含有機質、氮、磷和鉀等營養元素[5]，能有效促進植物的營養吸收，從而加速植物生長，提高作物產量。此外，牛羊糞肥的應用有助于優化土壤的化學性質，進而改善土壤的物理結構。聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）具有良好的絮凝性和水溶性，能增加土壤團聚體數量，有效減少土壤侵蝕[。瓜爾膠（GuarGum，GG）作為天然高分子聚合物，親水能強，溶入水中顯示出較強的黏性，有效提高了土體抗沖刷能力[8。目前，結構調理劑與天然高分子聚合物改良劑復合作用對土壤性質及植物生長改善效能的研究較少。

本研究探討結構調理劑與天然高分子聚合物改良劑組合對水電站渣場覆土的改良效果，通過分析復合改良劑對渣場覆土結構、肥力及植物生長的影響，為我國大型項目施工擾動區的生態修復提供理論依據和技術支持。

1材料與方法

1.1材料來源

試驗小區位于扎拉水電站施工擾動區。扎拉水電站地處青藏高原東部的高山峽谷區，壩址位于左貢縣碧土鄉扎郎村附近，廠址位于察隅縣察瓦龍鄉珠拉村，屬高原溫帶半干旱季風氣候，降水稀少，蒸發強烈，少雨期較長，下墊面條件復雜，屬于水土流失重點治理區。采集水電站剝離的熟土樣品，并分析其理化性質。

選取高羊茅、披堿草、草地早熟禾、星星草4種當地常見草本植物與白刺花、枸子、小檗、沙棘、云杉、黃刺玫6類灌木進行現場草灌結合栽種。這些草本鄉土植物根系發達，存活率極高，耐踐踏，再生能力強，耐旱耐鹽堿，綠期長，且維護簡便，不易生病。

1.2試驗設計

現場踏勘后選擇3個不同地形的渣場點位作為試驗小區，分別命名為渣場平地區、溜渣區、框格區，如圖1、圖2、圖3所示。在這些試驗小區表層覆蓋改良表土，并栽種植被。

圖1渣場平地區

圖2溜渣區

圖3框格區

現場使用PAM和GG改良剝離表土，促使其形成穩定的團聚體，提高其保水保肥能力，用作植物生長基質，覆蓋于渣場地表，形成約 20cm 后表土重構層。具體地，將 150g/m² 的PAM和 300g/m² 的GG與表土混勻，每個處理設置2個平行小區。按照 1.5kg/m² 水平向各處理追施底肥。在2023年8月向覆土層中撒播披堿草、高羊茅、草地早熟禾、星星草草籽，同時栽種白刺花、栒子、小檗、沙棘、云杉、黃刺玫6類灌木，并配以常規養護措施。記錄植物生長性狀。2023年9月和2024年8月分別采集不同小區的表層土壤樣品并測量其理化性質。

1.3樣品分析

按照《土壤農化分析》中的方法測量土樣中的有機質、氮磷鉀及其有效態含量[。其中，用滴定法測量有機質、總氮、堿解氮含量，用鉬銻抗分光光度法測量總磷和速效磷含量，用火焰光度計測定總鉀和速效鉀含量。

2 結果與分析

2.1渣場表層養分本底值

不同地形渣場試驗小區的表層養分本底值如表1所示。與全國第二次土壤普查養分分級標準相比，研究區的土壤肥力水平總體偏低。具體地，平地、框格、溜渣3個試驗小區的表土有機質含量分別為 0.339% 、 0.578% 和 0.254% ，均小于 0.6% ，處于V級，即極貧乏水平。當總氮含量小于 0.5g/kg 時，處于V級水平，平地、框格、溜渣3個試驗小區表土總氮含量分別為0.25、0.26、0.13g/kg ，均處于極貧乏水平。平地和框格2個試驗小區的表土總磷含量分別為0.54、 0.60g/kg 為V級水平，而溜渣試驗小區的表土總磷含量僅為0.25g/kg ，為V級水平。從總鉀含量來看，3個試驗區的含量均在 10g/kg 以下，平地和框格2個試驗小區的表土總鉀含量為V級水平，溜渣試驗小區的表土總鉀含量最低，僅為 3.93g/kg ，即極貧乏水平。

表1不同地形渣場試驗小區的表層養分本底值

單位：g/kg

2.2渣場重構表土養分含量變化

氮對植物光合作用有促進作用，可以使植物葉片顏色更鮮亮[；磷有助于植物早期根系的發育，對植物適應能力有顯著的提升[11]；鉀可以增強植物抗逆性[12]。由圖4可知，PAM與GG復配構建的基質增加了表土有機質、全氮、全磷和全鉀含量，覆土初期和后期表土養分含量均遠高于本底值。其中，有機質在覆土初期均能達到Ⅲ級以上，在后期均能達到Ⅳ級及以上；總氮在覆土初期均能達到Ⅱ級以上，在后期均能達到Ⅲ級及以上。1年后（期間未施肥），至少一半以上有機質和總氮被保留在表土中，這說明復配改良有顯著成效。對于總磷，平地、溜渣、框格3個試驗小區在覆土初期分別為0.81、0.79、 0.78g/kg 平地、溜渣2個試驗小區在后期總磷含量分別提升了27% 和 21% ，框格試驗小區總磷含量基本持平，覆土前期和后期表土總磷含量均大于 0.7g/kg ，高于Ⅲ級標準。3個試驗小區覆土初期總鉀含量為 11.92‰ 12.85g/kg ，屬于V級標準；后期含量有明顯提高，其中平地和框格試驗小區的總鉀含量已達到Ⅱ級標準，這與譚立偉等[2的研究結果相似，說明施加PAM與GG有助于提升土壤對養分的固持效果。

圖4不同地形渣場試驗小區重構表土養分含量變化2.3渣場重構表土速效養分含量變化

由圖5可知，PAM與GG復配構建的基質不僅增加了表土有機質、全氮、全磷和全鉀含量，且對氮磷鉀有效態含量也有顯著提升效果。堿解氮被廣泛認為是評估土壤中可供植物吸收利用氮素形態的關鍵指標。該指標數值越大，說明土壤氮素的有效性越強，從而對植物生長發育產生更為顯著的促進作用。不論是覆土前期還是后期，表土中堿解氮均在 90mg/kg 以上，達到了Ⅲ級標準，平地試驗小區覆土初期表土和框格試驗小區覆土后期表土堿解氮含量分別為136.40、 133.93mg/kg ，處于Ⅱ級標準。此外，有效磷與速效鉀分別代表了植物能夠直接攝取的磷鉀養分形態，在植物生長發育過程扮演著重要的角色。養分的充足供應是維持植物生理功能及提升作物產量的重要因素。3個試驗小區的速效磷含量均大于 8mg/kg ，平地和框格2個試驗小區的速效磷分別為17.14、 10.09mg/kg ，達到Ⅱ級標準；溜渣和框格覆土后期的速效磷含量為覆土初期的2倍。平地、溜渣、框格3個試驗小區覆土初期速效鉀含量分別為124.89、133.97、 134.70mg/kg 均達到Ⅲ級標準，覆土后期速效鉀含量分別提高了35% 、 13% 和 53% 。李平等[3]通過研究發現施用PAM等具有良好吸附性與聚凝性的土壤改良劑可以促使土壤中水穩性大團聚體的形成，從而提高養分吸附與固持。本研究結果可以印證上述觀點。圖6為復配基質使用后試驗區植物的生長狀況，可以看出植物長勢極好。綜上所述，PAM與GG復配構建的基質可以顯著提高土壤的養分固持效果。

圖5不同地形渣場試驗小區重構表土速效養分含量的變化

圖6覆土后植物生長情況

3結論

本研究以扎拉水電站的不同地形渣場為例，分析了PAM和GG復配改良剝離表土覆蓋于渣場地表后，渣場重構表土養分固持能力，并評估了其對植物生長的促進作用。研究表明，PAM和GG復配改良劑顯著改善了土體結構，提升了表土對有機質、氮磷鉀元素及其有效態的固持效果，為植物生長提供了養分；復配改良劑提升了土壤質量，減輕了植物所承受的環境壓力，可促進植物生長發育。

參考文獻

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