李晶晶，白崗栓，2?

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所：712100，陜西楊凌)

聚丙烯酰胺的水土保持機(jī)制及研究進(jìn)展

李晶晶1，白崗栓1，2?

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所：712100，陜西楊凌)

水土流失是我國(guó)主要環(huán)境問題之一。聚丙烯酰胺(PAM)作為一種高分子聚合物，具有絮凝作用和水合作用，可提高土壤水分入滲，減少地表徑流。PAM對(duì)土壤無毒害作用，可保肥、增產(chǎn)、集雨，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。針對(duì)PAM的水土保持功能，介紹PAM水土保持機(jī)制、施用過程中涉及的關(guān)鍵因素、應(yīng)用前景及存在的問題。PAM的類型較多，水土保持效果隨施用類型、施用方法、施用量變化而不同。PAM在水土流失治理過程中應(yīng)與當(dāng)?shù)氐耐寥馈夂?、地貌、植被等密切結(jié)合，才能發(fā)揮其最大功能。今后研究中應(yīng)注重PAM施用后土壤侵蝕通用模型的建立及新型PAM產(chǎn)品的開發(fā)，為PAM在水土保持中的推廣提供理論依據(jù)。

聚丙烯酰胺;水土流失;防治機(jī)制;應(yīng)用前景;應(yīng)用問題

我國(guó)是世界水土流失及沙漠化最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。第3次全國(guó)土壤侵蝕遙感普查資料表明，我國(guó)現(xiàn)有土壤侵蝕面積356.92萬(wàn)km2，與印度、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家相比，水土流失及沙漠化非常嚴(yán)重［1］。水土流失及沙漠化已經(jīng)對(duì)我國(guó)生態(tài)壞境及經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的威脅，尤其在西北地區(qū)，沙漠化致使大部分耕地遭到破壞，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，加劇了貧困程度。近年來，在工程措施、生物措施、農(nóng)業(yè)措施等水土保持措施的基礎(chǔ)上新興了一種化學(xué)措施，即在土壤中添加土壤調(diào)理劑聚丙烯酰胺(PAM)以調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤滲透率，防止土壤結(jié)皮形成，減少?gòu)搅髁?，達(dá)到防治水土流失，減少土壤侵蝕的目的。目前，美國(guó)西部已將PAM作為一項(xiàng)農(nóng)田水土保持新技術(shù)廣泛應(yīng)用。我國(guó)于20世紀(jì)80年代開始對(duì)PAM進(jìn)行了研究，目前PAM的實(shí)際應(yīng)用問題還處在探索階段;但大量的研究表明，PAM應(yīng)用于水土保持，防治土壤侵蝕的前景廣闊。筆者綜合前人的研究結(jié)果，探討PAM防治水土流失的機(jī)制、應(yīng)用中的關(guān)鍵因素以及應(yīng)用前景，以期為PAM在水土保持中的應(yīng)用與推廣提供指導(dǎo)。

1 PAM的水土保持機(jī)制

土壤入滲和地表徑流是水土保持過程中2個(gè)關(guān)鍵的因素，增加土壤水分入滲，減少地表徑流，無疑將減少土壤侵蝕;同時(shí)，減少土壤侵蝕，也就維護(hù)了土壤的良好結(jié)構(gòu)，必能增加土壤水分入滲，減少地表徑流。

PAM分子式為［C3H5ON］n，具有極強(qiáng)的絮凝作用。PAM有陽(yáng)離子、陰離子、非離子、兩性離子和超高分子質(zhì)量等類型，是一種良好的土壤結(jié)構(gòu)改良劑，能提高土壤水分入滲和減少地表徑流，且具有極好的持水能力［2］。

PAM提高土壤水分入滲，減少地表徑流的主要原理是，PAM在水中溶解后，具有極強(qiáng)的絮凝能力，其分子同土壤顆粒相互作用，由于絮凝作用和對(duì)土壤分散顆粒的團(tuán)聚作用，土壤微團(tuán)聚體組成發(fā)生變化，土壤的沉降系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)和各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體總量明顯提高，形成大的團(tuán)聚體以抵抗雨滴的破壞作用，增強(qiáng)土壤的抗蝕性能，使土壤表面結(jié)構(gòu)和土壤水分高入滲得以維持，增加土壤含水量，阻礙結(jié)皮的形成，減少地表徑流量和土壤侵蝕量。

PAM具有水合作用［2］。PAM作為一種高分子聚合物，當(dāng)與水接觸時(shí)，疏水基可因疏水作用而轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)，形成不溶于水的粒狀結(jié)構(gòu)，親水基團(tuán)通過氫鍵與水分子結(jié)合形成水合水，在分子的表面形成厚度為0.5～0.6 nm的2～3個(gè)水分子層。水合作用使高分子的網(wǎng)束展開，由于網(wǎng)內(nèi)結(jié)構(gòu)中含有一定數(shù)量的親水離子，使三維空間網(wǎng)內(nèi)外出現(xiàn)離子濃度差，從而造成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)外產(chǎn)生滲透壓，水分子便在滲透壓的作用下向網(wǎng)內(nèi)滲透形成網(wǎng)孔水。網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)孔水都是被高分子網(wǎng)空間束縛的自由水，但被束縛的水分子仍然具有普通水的理化性質(zhì)，只是水分子的運(yùn)動(dòng)受到限制。施用PAM后，土壤因PAM特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，持水能力大大增強(qiáng)，在土壤中形成很多的“小水庫(kù)”，當(dāng)土壤干旱時(shí)，土壤水分因滲透壓的作用而緩慢釋放供作物吸收利用，從而有效防止土壤水分流失和無效蒸發(fā)，達(dá)到抗旱保墑作用，為作物增產(chǎn)提供條件。PAM在治理水土流失的同時(shí)，增加了一定的農(nóng)業(yè)效益，為旱作農(nóng)業(yè)區(qū)PAM的應(yīng)用提供了可行性。

2 PAM應(yīng)用中涉及的關(guān)鍵因素

2.1 選用類型

PAM是一種水溶性線性高分子物質(zhì)，是由多個(gè)單體經(jīng)聚合而形成的，其分子質(zhì)量為10萬(wàn)～1 500萬(wàn)u。夏海江等［3］利用PAM防治坡地土壤侵蝕的室內(nèi)模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，陰離子型是水土保持的最優(yōu)劑型。目前，陰離子型PAM常被用作土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑。由于不同的PAM種類對(duì)土壤入滲和土壤侵蝕有很大的影響［3-4］，于健等［5］認(rèn)為，PAM 對(duì)沙壤土入滲及土壤侵蝕的影響主要與其分子質(zhì)量和水解度密切相關(guān)(表1)。

表1表明：PAM可顯著提高土壤水分入滲率和減小侵蝕量，1 500萬(wàn)和1 800萬(wàn)u的PAM入滲效果明顯大于1 200萬(wàn)u的PAM，但1 500萬(wàn)和1 800萬(wàn)u之間的差異不顯著;不同分子質(zhì)量PAM可顯著降低土壤侵蝕量，其中1 500萬(wàn)u的效果強(qiáng)于1 800萬(wàn)和1 200萬(wàn)u的效果;20%水解度的PAM入滲效果高于7%與35%水解度的PAM，PAM的水解度對(duì)土壤侵蝕量無顯著影響;低分子質(zhì)量的PAM分子鏈長(zhǎng)較短，不能在相鄰黏粒之間形成“搭接橋”，使黏結(jié)作用減弱，而高分子質(zhì)量的PAM分子鏈過長(zhǎng)，難穿透進(jìn)入土壤團(tuán)聚體之間的空隙，中等分子質(zhì)量的PAM分子鏈長(zhǎng)度處于中間尺度，較易穿透土壤空隙，也可在土壤顆粒之間搭接，產(chǎn)生較好的黏結(jié)效果，因而其防蝕效果較好;水解度為7%的PAM，電荷密度小，吸附作用弱，但水解度為35%的PAM，電荷密度大，造成分子鏈之間互斥作用增強(qiáng)，反而導(dǎo)致PAM黏結(jié)作用減弱，因而水解度為20%的PAM增加入滲效果較好。夏海江等［3］用遼北中壤土比較陰離子型分子質(zhì)量為400萬(wàn)～500萬(wàn)u、300萬(wàn)～400萬(wàn)u和非離子型分子質(zhì)量為300萬(wàn)～400萬(wàn)u的PAM的防蝕效果，發(fā)現(xiàn)陰離子型分子質(zhì)量為300萬(wàn)～400萬(wàn)u的效果最好，因此，在選用PAM劑型時(shí)，應(yīng)比較不同PAM的應(yīng)用效果，選擇最優(yōu)劑型。

表1 不同PAM對(duì)土壤水分入滲及土壤侵蝕的影響Tab．1 Effect of variation PAM on soil infiltration and soil erosion

石膏、硅鋁酸鹽礦物、廢棄物(如木屑、動(dòng)物糞便、廢棄油等)等具有一定的水土保持作用且價(jià)格低廉，尤其適用水土流失嚴(yán)重區(qū)、沙漠化地、沙質(zhì)土壤。PAM與石膏結(jié)合、PAM與黃綿土混合以及PAM-atta復(fù)合保水劑對(duì)水土流失的防治效果等表明，新型PAM具有更好的發(fā)展前景［6-9］。

2.2 施用量

PAM用量不同，減小土壤侵蝕的效果也不同。盡管用量增大，土壤侵蝕量也會(huì)大大減小，但其成本也會(huì)同時(shí)增加。研究表明，并非用量越大，PAM的水土保持效果越好。夏海江等［3］研究結(jié)果表明，聚丙烯酰胺適宜用量為0.3～1.2 g/m2，相當(dāng)于3～12 kg/hm2，坡度小時(shí)可采用下限值，坡度大時(shí)以上限值為宜。R.D.Lentz等［10］的研究結(jié)果表明，采用3.5～8.0 kg/hm2PAM可減少80% ～99%的土壤侵蝕量，增加15%～50%的土壤水分入滲。A.J.Kristian等［11］在20mm水深的灌溉試驗(yàn)中使用2 kg/hm2PAM減少了75%的土壤侵蝕量，增加了70%的水分入滲。I.Shainberg等［12］使用20 kg/hm2PAM獲得了很好的水分入滲效果。但也有研究表明，施用PAM后土壤密度降低，土壤總孔隙度增大。當(dāng)施用濃度＜10 kg/hm2的PAM時(shí)，土壤密度隨PAM施用濃度的增加呈下降趨勢(shì)，土壤總孔隙度則呈上升趨勢(shì);當(dāng)施用濃度＞10 kg/hm2的PAM時(shí)，土壤密度隨PAM施用濃度的增加呈上升趨勢(shì)，土壤總孔隙度則呈下降趨勢(shì)［2］。

PAM的用量對(duì)減小土壤水分入滲率、減少土壤侵蝕量存在一個(gè)閾值［6］。應(yīng)用中應(yīng)通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，建立土壤表層施用PAM用量對(duì)徑流、土壤侵蝕影響規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，以更好地發(fā)揮PAM的水土保持效益。

2.3 應(yīng)用范圍

PAM是一種新型高效土壤結(jié)構(gòu)改良劑，可抑制土壤表面結(jié)皮，保持良好的土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤水分入滲，減少水土流失;但這個(gè)結(jié)論并非對(duì)任何土壤都適用，對(duì)于不同類型的土壤，經(jīng)過PAM處理后其入滲率可能增加也可能減小。中等結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)好的土壤，施用PAM后可提高入滲率，而結(jié)構(gòu)差的土壤施用PAM后反而會(huì)降低入滲率［13］，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)差的土壤，砂粒含量高，缺少可分散的黏粒，經(jīng)過PAM處理后會(huì)引起土壤表面封閉，導(dǎo)致土壤入滲降低、徑流量增加;因此，土壤結(jié)構(gòu)是決定PAM施用效果的關(guān)鍵因素。雷廷武等［14］用2種不同的土壤進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同的土壤，PAM對(duì)土壤入滲率的影響有著截然相反的效果，對(duì)于黃壤土，PAM不但沒有提高其土壤水分的入滲速度，相反是降低了其入滲率，但在改善土壤結(jié)構(gòu)及防止溝蝕方面都有著顯著的效果。Yu J等［7］通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了PAM(用量10和20 kg/hm2)對(duì)2種土壤(粉壤土、沙黏土)的降雨入滲、產(chǎn)流、土壤侵蝕的影響，發(fā)現(xiàn)土壤表層撒施PAM降低了土壤入滲率，但顯著減少了土壤侵蝕量。崔海英等［15］的研究結(jié)果表明，粗砂土施用PAM后可增加徑流量、減小產(chǎn)沙量，而壤土施用PAM后徑流量和產(chǎn)沙量都減小，并且減少產(chǎn)沙量的效果要好于減少?gòu)搅髁康男Ч?/p>

土壤類型對(duì)PAM的蓄水保土功能有重要影響。蓄水方面，在結(jié)構(gòu)好的土壤中，施用PAM可以提高土壤的導(dǎo)水能力和孔隙度，提高土壤的持水能力，而在結(jié)構(gòu)差的土壤中，施用PAM可減小入滲率，原因是結(jié)構(gòu)差的土壤，砂粒的含量很高，缺少可分散的黏粒，降雨過程中溶解在水中的PAM起著絮凝劑的作用，其分子長(zhǎng)鏈在絮凝泥沙的同時(shí)，長(zhǎng)鏈尾部堵塞了土壤的傳導(dǎo)空隙，在土壤表面形成“人工”結(jié)皮，降低了土壤入滲，增加了徑流。保土方面，有些研究結(jié)果表明，在結(jié)構(gòu)差的土壤中施用PAM會(huì)增加產(chǎn)沙量，有些研究結(jié)果則表明，PAM可增加徑流量但土壤侵蝕量顯著減小，可能原因是形成的“人工”結(jié)皮使土壤表面具有更大的密度、更高的抗剪切力，提高了土壤的抗蝕性，減少了徑流所引起的土壤損失，但“人工”結(jié)皮在提高土壤抗蝕性的同時(shí)也會(huì)增加地表徑流量，提高徑流對(duì)土壤的沖刷力。PAM對(duì)結(jié)構(gòu)差的土壤侵蝕強(qiáng)度的影響，主要取決于“人工”結(jié)皮提高土壤抗蝕性和徑流沖刷力哪方面占主導(dǎo)地位，目前關(guān)于這方面的研究還比較少。

也有研究結(jié)果表明，PAM對(duì)鹽堿地或含鹽土壤的作用效果會(huì)明顯減弱［16］。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)首先確定土壤結(jié)構(gòu)及應(yīng)用目的，否則達(dá)不到預(yù)期的效果。

2.4 應(yīng)用方法

PAM的應(yīng)用方法不同，其產(chǎn)生的效果也有很大的不同，關(guān)于PAM應(yīng)用方法的研究較多，常用的有以下3種方法。

PAM溶解法：將干燥的PAM按一定濃度溶解于水中，然后將溶解的PAM加入灌溉水中，用來防止土壤侵蝕、增加灌溉水入滲率，這是PAM最常用的方法。這種方法也被廣泛地應(yīng)用于溝灌和噴灌［17-20］。I.Shainberg 等［21］將干燥的顆粒狀 PAM 溶解在水中，按照1 000mg/L的質(zhì)量濃度制成PAM溶液，以10～20 kg/hm2的施用量噴施于土壤表面，結(jié)果提高穩(wěn)定入滲率1個(gè)數(shù)量級(jí)以上，成倍地減少了地表徑流。R.E.Sojka等［22］2年的溝灌試驗(yàn)結(jié)果表明，在灌溉水中施用PAM，農(nóng)田水中的泥沙能減少94%，土壤入滲率能提高15% ～50%。袁普金等［23］在研究?jī)?nèi)蒙古河套地區(qū)溝灌水蝕因素的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，灌溉水中施加PAM，水流基本為清水，能有效地改良灌溉水質(zhì)和灌溉地塊的土壤性能，防止灌溉溝中的水蝕并增加土壤水分入滲量。由于溶解法溶解PAM需要大量的水，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，并且當(dāng)PAM溶液的質(zhì)量濃度大于1 000mg/L時(shí)，非常粘稠而不便于使用。PAM的溶解度0～100%不等，溶解度低的PAM溶解需要一定的時(shí)間。

PAM撒施法：在旱作區(qū)，由于水資源緊缺并且天然降雨量少，沒有大量的水來溶解PAM，通常選擇在雨季來臨之前將PAM與石膏或與土壤混合，直接撒施到土壤表面，發(fā)揮其水土保持功效。研究結(jié)果表明，將PAM與石膏或土壤混合使用，在旱作農(nóng)業(yè)區(qū)為較好的推廣型。雷廷武等［9］的研究結(jié)果表明，將PAM按一定比例與黃綿土混合后直接撒施在土壤表面，在降雨強(qiáng)度為50mm/h左右、坡度小于17.63%的條件下，第Ⅰ階段降雨實(shí)驗(yàn)中4.0 kg/hm2的PAM用量可減少95%以上的土壤侵蝕量，增加20% ～50%的降水入滲。于健等［24］的研究結(jié)果表明，在地表上直接撒施干粉PAM與石膏混合物或與土壤混合物，能夠顯著增加入滲量，減少土壤侵蝕量，而且使用方法簡(jiǎn)單，可行性較高。

PAM噴灑法：將干燥的PAM按一定濃度溶解于水中，然后在一定的壓力下將溶解的PAM噴灑到地面，可防治土壤侵蝕。在自然降雨的情況下，通常在雨季來臨之前將PAM噴灑到土壤表面，這種方法多在降雨充沛的地區(qū)使用。由于PAM噴灑濃度或噴灑量不同，PAM有時(shí)可增加地表徑流，有時(shí)則減小地表徑流及土壤侵蝕。由于溶解、噴灑PAM費(fèi)工費(fèi)時(shí)，PAM噴灑法應(yīng)用較少。

PAM的使用方法和使用量需根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃?、氣象、地貌等自然地理?xiàng)l件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況來確定，以期達(dá)到預(yù)期目的。

3 應(yīng)用前景

對(duì)于PAM的應(yīng)用，人們比較關(guān)注殘留物是否對(duì)環(huán)境造成極大的危害和其應(yīng)用效益2個(gè)方面。

3.1 對(duì)環(huán)境的影響

PAM是一種人工合成的水溶性高分子有機(jī)聚合物，多用在造紙、食品加工、水處理等方面。據(jù)C.A.Seybold［25］研究，PAM 抵抗微生物降解，在土壤中主要通過物理作用降解。PAM對(duì)人體、動(dòng)物、魚類和植物并無毒害，但其殘留單體(丙烯酰胺)有毒性。丙烯酰胺是一種致癌物，對(duì)人體神經(jīng)有毒害作用，但丙烯酰胺可為生物降解，不在土壤中積累。B.Sojka等［26］指出，盡管會(huì)有少量PAM單體隨PAM的使用而進(jìn)入土壤，但PAM單體在溫度較高的土壤中會(huì)很快降解。如果將PAM產(chǎn)品的丙烯酰胺含量限制到最小，PAM本身對(duì)環(huán)境并無威脅，可有效地用作土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理劑［25］。

PAM在土壤表層僅入滲1～2 cm，主要蒸發(fā)為水和含氮的物質(zhì)，從而增加土壤的氮含量。對(duì)植物和徑流或灌溉下滲的污染極小，屬于環(huán)保型產(chǎn)品之一。

3.2 水土保持效益

PAM能很好地改善土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤侵蝕。其作用主要有以下5個(gè)方面。

1)減小徑流量。PAM在防治土壤侵蝕方面顯著的2個(gè)效果是提高土壤水分入滲率和持水力，這2個(gè)作用在一定程度上都極大地減少了地表徑流量。

2)減少侵蝕量。施用PAM能減少?gòu)搅髁浚瑥亩蓽p少?gòu)搅鲗?duì)地表的沖刷。PAM促使土壤顆粒形成體積很大的絮團(tuán)，可增加土壤顆粒的水穩(wěn)性。土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒的增加，提高了土壤表面的抗濺蝕能力和對(duì)地表徑流的抵抗力，使土壤顆粒在徑流中不易分散懸浮而流失，從而減少土壤侵蝕量。

3)保肥。PAM在減少土壤侵蝕量的同時(shí)，也減少了土壤流失而引起的土壤養(yǎng)分流失。PAM處理后土壤的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀等含量會(huì)明顯提高。

4)增產(chǎn)。PAM能改善土壤結(jié)構(gòu)，降低地表徑流，減少土壤侵蝕和養(yǎng)分流失，同時(shí)，PAM具有極強(qiáng)的持水能力，在旱作農(nóng)業(yè)區(qū)能顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育并提高作物產(chǎn)量［27］。陸軍等［28］在西北黃土地區(qū)種植玉米(ZeamaysL.)時(shí)施用了PAM，根據(jù)2002年玉米價(jià)格及PAM產(chǎn)品價(jià)格估算，僅玉米籽粒增加的產(chǎn)值就相當(dāng)于PAM使用成本的3.5～12.0倍，再加上其減少土壤侵蝕、保肥等生態(tài)效應(yīng)，其效益相當(dāng)可觀。

5)集雨。中等分子質(zhì)量的PAM可增加降水入滲、減小地表徑流，但高分子質(zhì)量的PAM在增加劑量的情況下因所形成的分子鏈比較長(zhǎng)而堵塞土壤顆粒間的孔隙，可減少土壤水分入滲，增加地表徑流，具有極好的集雨效果，且用量越大集雨效果越好，可作為干旱、半干旱地區(qū)很好的集雨材料［29］。

由于施用PAM可減少地表徑流量及土壤侵蝕量，減少土壤養(yǎng)分、殺蟲劑、滅草劑等流入河流，從而可大量地降低河流水體中的 BOD(生物化學(xué)含氧量)。

4 應(yīng)用中的問題

從理論上講，PAM具有良好的水土保持效應(yīng)，但實(shí)際應(yīng)用中，影響其實(shí)際效果的因素較多，如地形特征、土壤質(zhì)地以及使用時(shí)機(jī)和方法。如黃土高原隴西西部大于15°的土地面積達(dá)70.9%，坡度達(dá)35°的達(dá)12.1%，溝谷密度為2.03～3.38 km/km2，土壤有砂土、壤土等多種質(zhì)地，土壤質(zhì)地與坡度的差異給確定PAM的使用量造成了很大的困難，即使PAM具有良好的水土保持效益，還需考慮其經(jīng)濟(jì)效益。另外，PAM是一種較易揮發(fā)的顆粒，而黃土高原地區(qū)晝夜溫差較大，降水預(yù)報(bào)范圍較大，選用PAM的時(shí)機(jī)和方法是一個(gè)很難解決的問題［30］。因此，在實(shí)際應(yīng)用PAM前要在室內(nèi)和田間針對(duì)本地區(qū)的具體自然狀況進(jìn)行多項(xiàng)試驗(yàn)，尋找到施用PAM后地表徑流、土壤水分入滲和土壤侵蝕量等與土壤侵蝕有關(guān)的參數(shù)，建立土壤侵蝕通用模型，為施用PAM提供理論依據(jù)。在旱作農(nóng)業(yè)區(qū)要建立不同降雨量、作物產(chǎn)值和PAM成本比條件下的經(jīng)濟(jì)效益函數(shù)關(guān)系，保證PAM的應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上可行。同時(shí)也要加大新型PAM的研究，克服傳統(tǒng)PAM在應(yīng)用過程中的一些問題，提高PAM的耐鹽堿強(qiáng)度，提高吸水倍數(shù)，降低成本。

PAM在水土流失治理過程中問題較多，如由于施用量、施用方法和土壤質(zhì)地等的不同，有時(shí)會(huì)提高土壤水分入滲率，有時(shí)則會(huì)降低土壤入滲率，許多方面有待進(jìn)一步研究。

總體來說，PAM作為一種新型材料，在水土流失防治過程中凸顯了極大的優(yōu)越性，但在應(yīng)用中還有很多問題需要解決;因此，PAM在我國(guó)水土流失治理過程中的應(yīng)用應(yīng)引起重視，使PAM發(fā)揮其最大的水土保持效應(yīng)。

5 參考文獻(xiàn)

［1］李智廣，曹煒，劉秉正，等.我國(guó)水土流失現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)研究［J］.中國(guó)水土保持科學(xué)，2008，6(1)：57-62

［2］員學(xué)鋒，汪有科，吳普特，等.PAM對(duì)土壤物理性狀影響的試驗(yàn)研究及機(jī)理分析［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2005，19(2)：37-40

［3］夏海江，杜堯東，孟維忠.聚丙烯酰胺防治坡地土壤侵蝕的室內(nèi)模擬試驗(yàn)［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2000，14(3)：14-17

［4］吳淑芳，吳普特，馮浩，等.高分子聚合物防治坡地土壤侵蝕模擬試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(2)：19-22

［5］于健，雷廷武，Shainberg I，等.PAM特性對(duì)砂壤土入滲及土壤侵蝕的影響［J］.土壤學(xué)報(bào)，2011，48(1)：21-27

［6］陳渠昌，雷廷武，李瑞平.PAM對(duì)坡地降雨徑流入滲和水力侵蝕的影響研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2006，37(11)：1290-1296

［7］Yu J，Lei T，Shainberg I，et al.Infiltration and erosion in soils treated with dry PAM and gypsum［J］.Soil Sci Soc Am J，2003，67(2)：630-636

［8］劉瑞鳳，張俊平，王愛勤.PAM-atta復(fù)合保水劑的保水性能及影響因素研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(9)：47-50

［9］雷廷武，唐澤軍，張晴雯，等.聚丙烯酰胺增加土壤降雨入滲減少侵蝕的模擬試驗(yàn)研究Ⅱ：侵蝕［J］.土壤學(xué)報(bào)，2003，40(3)：401-406

［10］Lentz R D，Sojka R E.Field results using polyacrylamide tomanage furrow erosion and infiltration ［J］.Soil Sci，1994，158(4)：274-282

［11］Kristian A J，Bjorneberg D L，Sojka R E.Sprinkler irrigation runoff and erosion control with polyacrylamide-laboratory tests［J］.Soil Sci Soc Am J，1998，62(6)：1681-1687

［12］Shainberg I，Warrington D，Rengasamy P.Water quality and PAM interactions in reducing surface sealing［J］.Soil Sci，1990，149(5)：301-307

［13］Lentz R D.Inhibiting water infiltration with polyacrylamide and surfactants：Applications for irrigated agriculture［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2003，58(5)：290-300

［14］雷廷武，肖娟，詹衛(wèi)華，等.溝灌條件下不同灌溉水質(zhì)對(duì)玉米產(chǎn)量和土壤鹽分的影響［J］.水利學(xué)報(bào)，2004，35(9)：118-122

［15］崔海英，任樹梅，劉東，等.聚丙烯酰胺對(duì)不同土壤坡地降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響研究［J］.中國(guó)水土保持，2006(2)：20-22

［16］Agassim，Shainberg I，Morin J.Effect of electrolyte concentration and soil sodicity on infiltration rate and crust formation［J］.Soil Sci Soc Am J，1981，45(5)：848-851

［17］Lentz R D，Shainberg I，Sojka R E，et al.Preventing irrigation furrow erosion with small application of polymers［J］.Soil Sci，1992，56(6)：1926-1932

［18］Lentz R D，Sojka R E.Applying polymers to irrigation water：evaluating strategies for furrow erosion control［J］.Transactions of the ASAE，2000，43(6)：1561-1568

［19］Sojka R E，Lentz R D.Reducing furrow irrigation erosion with polyacrylamide(PAM)［J］.Journal of Production Agriculture，1997，10(1)：47-52

［20］Sojka R E，Lentz R D，Westermann D T.Water and erosionmanagement withmultiple applications of polyacrylamide in furrow irrigation［J］.Soil Sci Soc Am J，1998，62(6)：1672-1680

［21］Shainberg I，Warrington D，Rengasamy P.Effect of soil conditioner and gypsum application on rain infiltration and erosion ［J］.J Soil Sci，1990，41(5)：301-307

［22］Sojka R E，Lentz R D.Time for yet another look at soil conditioners［J］.Soil Science，1994，158(4)：233-234

［23］袁普金，黃興法，雷廷武，等.波涌灌溉和PAM作用下內(nèi)蒙河套灌區(qū)水蝕的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，7(2)：36-40

［24］于健，雷廷武，Shainberg I，等.不同PAM施用方法對(duì)土壤入滲和侵蝕的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(7)：38-44

［25］Seybold C A.Polyacrylamide review：soil conditioning and environmental fate［J］.Communications in Soil Science and Plant Analysis，1994，25(11/12)：2171-2185

［26］Sojka B，Lentz R.Polyacrylamide for furrow-irrigation erosion control［J］.Irrigation Journal，1996，46(1)：8-11

［27］黃占斌，辛小桂，寧榮昌，等.保水劑在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2003，21(3)：11-14

［28］陸軍，黃興法，唐澤軍，等.PAM(聚丙烯酰胺)應(yīng)用于西北黃土地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)分析［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(2)：97-100

［29］崔海英，任樹梅，楊培嶺，等.PAM和石膏對(duì)坡地水分入滲及土壤流失的影響［J］.水利水電科技進(jìn)展，2006，26(4)：53-55

［30］夏衛(wèi)生，雷廷武，劉紀(jì)根.PAM防治水土流失的研究現(xiàn)狀及評(píng)述［J］.土壤通報(bào)，2002，33(1)：78-80

Mechanism of PAM on soil and water conservation and its development

Li Jingjing1，Bai Gangshuan1，2

(1.Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Science andministry of Water Resources;2.Institute of Soil and Water Conservation，Northwest A＆F University：712100，Yangling，Shaanxi，China)

Soil and water loss is one of themajor environmental problems in China.As a highmolecular polymer，PAM possesses flocculation and hydration effects，and thus could improve soil water infiltration and reduce surface runoff.PAM has no toxic effects on soil，and it could preserve fertilizer，increase yields，harvest rainfall，and has a broad application prospect in agriculture production.According to the function of PAM on soil and water conservation，this papermainly introduces the soil and water conservationmechanisms of PAM，the key factors in application processes，application prospects，and existing problems.PAM owns various types，the soil and water conservation efficacy varies primarily with PAM types，applicationmethods，and application quantity.In order tomake full use of it，PAM should be inosculated closely with the local soil，climate，landscape，and vegetation in soil erosion control.Future researches should emphasize on building a universal soil loss equationmodel after the PAM application as well as developing new PAM products，so as to provide a theory basis for promoting the application of PAM in soil and water conservation.

polyacrylamide(PAM);soil erosion;preventivemechanism;application prospects;application problems

2011-05-16

2011-08-01

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“黃土丘陵溝壑區(qū)水土保持與高效農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)集成與示范”(2011BAD31B05);水利部科技推廣項(xiàng)目“保水劑技術(shù)的推廣應(yīng)用”(TG1144)

李晶晶(1987—)，女，碩士研究生。主要研究方向：水土保持。E-mail：Lijingjing110@mails.gucas.ac.cn

?責(zé)任作者簡(jiǎn)介：白崗栓(1965—)，男，研究員。主要研究方向：果樹栽培及保水劑應(yīng)用。E-mail：gshb@nwsuaf.edu.cn

(責(zé)任編輯：宋如華)