PAM对土壤物理性状以及水分分布的影响
韩凤朋1,2，郑纪勇2,3，李占斌1，张兴昌2,3※
【摘 要】为了研究聚丙烯酰胺（PAM）在黄土高原自然条件下对土壤物理性状和水分分布的影响，采用表面撒施的方法研究了12个不同处理小区的土壤体积质量、饱和导水率以及水分分布的变化。结果表明，在0～2 g/m2范围内添加PAM可以减小土壤体积质量增加土壤饱和导水率，但用量超过2 g/m2土壤体积质量开始增加。饱和导水率开始降低。在0～3 g/m2均可用二次曲线进行描述，相关系数达到95%以上。表层土壤含水量随着PAM添加量的增加而升高，20～60 cm土层土壤含水率随着PAM用量的增加出现交叉现象，60～100 cm土层随着PAM用量的增加而增加，在2 g/m2用量时达到最高，再增加PAM用量土壤含水率反而有降低趋势。100 cm以下土层变化不明显。该研究为探明PAM在黄土高原地区的适应性和大规模应用提供依据。 【期刊名称】农业工程学报 【年(卷),期】2010(026)004 【总页数】5
【关键词】聚丙烯酰胺，土壤，物理性质，饱和导水率，水分分布
0 引 言
中国是水土流失比较严重的国家之一，全国现有水土流失面积3 673 hm2，占国土面积的38.2%。在黄土高原地区，坡地面积占总耕地面积的71.3%，是粮食生产的主要出产区[1]，也是水土流失最为严重的地区，侵蚀模数高达5 000～10 000 t/km2，有的地区甚至达到20 000～30 000 t/km2，居世界之首[2]。长期以来，从事水土保持的工作者从工程、农艺以及化学等方面进行了
试验研究，期望能够在保持粮食产量的基础上减少水土流失。其中，聚丙烯酰胺（简称PAM）被认为是一种较好的土壤结构改良剂。
PAM是一种线型水溶性高分子聚合物，可溶于水且具有很强的黏聚作用。它作为一种土壤结构改良剂，在全世界范围已得到广泛的研究与应用。众多研究 [3-6]表明：PAM不但能有效地维护土壤团聚体的结构，而且能形成新的团聚体，PAM与水相互作用形成的黏聚作用力能有效地缓解雨滴对土壤表面打击并抑制结皮的形成，从而可以增加土壤的入渗能力，减少地表径流，防止水土流失。PAM通过改善土壤物理结构，也将会直接或间接地影响土壤养分的迁移。肇普兴[7]和员学峰[8]分别对PAM的保水、保土、保肥和增产效应做了一定的研究。然而，PAM对不同土壤的影响还没有统一的观点，大多研究表明 PAM 可以增加土壤入渗率[9-10]，刘东[11]、Sirjacobs[12]等却发现PAM对土壤入渗率有着截然相反的效果，对于黄土PAM不但没有提高其入渗速度，相反是降低了其入渗率。而Lentz[13]研究表明PAM具有降低入渗或提高入渗作用，取决PAM的类型、使用剂量、土壤类型以及操作方法等。本试验旨在利用撒施的方式研究不同的PAM使用量对自然状态下黄土的物理性状和水分分布的作用效果，为探明PAM在黄土高原地区的应用和大规模应用提供依据。
1 材料与方法
该研究在中科院水保所神木环境与侵蚀试验站进行,研究对象为2 m×1 m的12个径流小区，其坡度为15°，为了防止小区间互相渗漏，小区四周均用石棉瓦隔开，下部出水口设有径流桶，用于收集降雨径流。其中两个小区作为裸地亦不添加 PAM 标记为 p0'，其余小区均种植紫花苜蓿，并在苜蓿出苗后以不同浓度添加PAM，按照 p0（0 g/m2）、p1（1.0 g/m2）、p2（2.0 g/m2）、p3
（3.0 g/m2）的使用量添加，p0设1个重复其余浓度设3个重复。将每个小区的PAM拌入少量土壤里，于5月3日混匀后均匀撒在小区的表面。 表层水分的测定是用频域反射仪测定，每个小区分别在距离上边界20 cm，距离小区下边界20 cm和中部测定3次，测定深度10 cm，从8月份坚持到10月份，每天测1次。10月份用烘干法测定每个小区2 m深的土壤含水率。土壤饱和导水率和体积质量的测定是在10月份利用环刀取原状土样，带回室内浸入水中 12 h左右。浸水时要保持水面与环刀上口平齐，不能让水淹到环刀上口的土面。在预定时间将环刀取出，除去盖子，在上面套上1个空环刀，接口处先用胶布封好，再用熔蜡黏合，严防从接口处漏水。然后将接合的环刀放到漏斗上，漏斗下面用 10 mL烧杯承接。向上面的空环刀中加水，水面比环刀口低 1 mm，水层厚 5 cm，用马氏瓶供水使水头保持恒定。加水后，自漏斗滴下第 1滴水时用秒表计时，并用 10 mL或 5 mL量筒计量每次渗出水量Q，记录每次达到渗出水量所需的tn（min），并用温度计记录水温。试验一般持续时间约 1 h才开始稳定。如果仍不稳定，应继续延长时间直到单位时间内渗出水量相等时为止。同时测定体积质量，重复测定 2次，取其算术平均值。 结果计算。饱和导水率（渗透系数）按下式计算
式中：Kt——温度为 t时的饱和导水率（渗透系数），mm/min；Qn——每次渗出水量，mL，即 cm3；tn——渗透定义为Qn水量所需的时间，min；S——环刀的横截面积，cm2；h——水层厚度，cm；L——土层厚度，cm；V——渗透速度，mm/min。
为了使不同温度下所测得的 Kt值便于比较，应换算成 10℃时的饱和导水率（渗透系数），按下式计算
PAM对土壤物理性状以及水分分布的影响
