楊莉婷, 劉俊娥, 王占禮, 齊小倩, 程西科

(1.陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院, 西安 710119;2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗室,陜西 楊凌 712100; 3.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌712100)

土壤侵蝕被視為導(dǎo)致土壤退化的主要原因[1]，已成為全球最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一[2]。黃土高原位于我國北方干旱和半干旱地區(qū)，土層厚且質(zhì)地疏松，脆弱的生態(tài)環(huán)境使土壤侵蝕更為加劇[3]。根據(jù)中科院、水利部和中國工程院的聯(lián)合考察成果，黃土高原覆蓋面積近64萬km2，土壤侵蝕面積達(dá)39萬km2，占總面積的61%，劇烈水蝕面積為3.67萬km2，即土壤侵蝕模數(shù)大于或等于15 000 t/(km2·a)[4]，總的土壤侵蝕量為黃河貢獻(xiàn)了約90%的泥沙源[5]。每年由于土壤侵蝕損失約1 000萬hm2的耕地，這不僅會降低土壤質(zhì)量，導(dǎo)致自然、農(nóng)業(yè)和森林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力下降[6]，而且會影響生物多樣性，威脅到能源、食品和水供應(yīng)的安全[7]。

土壤侵蝕的防控是黃土高原干旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，一系列工程、生物、耕作等傳統(tǒng)的水土保持措施存在成本高、周期長或見效慢等缺點(diǎn)，而化學(xué)調(diào)控技術(shù)具有成本低、見效快等優(yōu)點(diǎn)受到?jīng)Q策者的青睞，尤其在無植被或植被稀疏的水蝕地區(qū)防控效果更為顯著[8]。土壤改良劑的類型、性質(zhì)、狀態(tài)、劑量、施用方式以及土壤質(zhì)地等均會影響土壤改良劑對坡面徑流量的調(diào)控作用。目前，聚丙烯酰胺(PAM)是土壤侵蝕防治中常用的一種水溶性線型陰離子型改良劑。Kebede等[9]測試了連續(xù)暴雨條件下不同PAM用量對細(xì)質(zhì)氧化土減少徑流和水土流失的效果，認(rèn)為4 g/m2的施用量為該條件下的最佳適用量。而Abrol等[10]認(rèn)為顆粒狀PAM的最佳用量取決于應(yīng)用的目的和特殊的土壤特性。一些研究表明，石膏或生物炭與聚合物共施可以增強(qiáng)團(tuán)聚體的粒級分布，從而提高土壤入滲率，減少徑流侵蝕[11]。但PAM對徑流的影響受限于土壤黏粒含量的大小，對一些較粗質(zhì)地的土壤可能存在負(fù)面影響，對一些低肥力或鹽漬化土壤的影響也比較差[12]。Yang等[13]發(fā)現(xiàn)粉煤灰和PAM對沙土的入滲—徑流過程有顯著影響，隨兩者用量的增加，累積產(chǎn)流量呈增加趨勢，平均入滲速率呈下降趨勢。進(jìn)一步研究表明聚丙烯酰胺含有丙烯酰胺的殘留單體，這種致癌化合物具有淋洗和污染地下水的風(fēng)險[14]。因此，研究其他可替代性的聚合物是促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求。

許多學(xué)者在新型聚合物的研發(fā)與應(yīng)用中不斷探索。Yakupoglu等[15]研究結(jié)果表明PAM和聚乙烯醇未能延緩徑流起流，但兩者都減少了總徑流、產(chǎn)沙量。Wu等[16]對黃土施用了不同濃度的3種改良劑：聚丙烯酸、聚乙烯醇和脲醛縮合物，通過人工降雨模擬試驗表明聚合物可以增加水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，增加土壤孔隙度和土壤滲透性，延緩產(chǎn)流，降低徑流速度和土壤侵蝕量。陰離子表面活性劑Agri-SC可顯著降低土壤容重值，增加土壤孔隙度和團(tuán)聚體穩(wěn)定性，進(jìn)而降低徑流、土壤流失量[17]。此外，天然高聚物多糖類物質(zhì)也被廣泛應(yīng)用于土壤改良。天然多糖是親水的、可生物降解的聚合物，具有廣闊的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)高吸水性聚合物(SAP)可用于改良鹽堿化弱堿土壤，提高其節(jié)水、保肥、增產(chǎn)效果[18]。多糖類物質(zhì)用于改良干旱和半干旱土壤時，土壤的入滲量和侵蝕量之間存在指數(shù)函數(shù)關(guān)系[19]。多糖Jag C162是一種雙衍生瓜爾膠，獨(dú)特的透明調(diào)理聚合物可用于制作香波、洗發(fā)水、浴液和其他化妝品，也可作為乳化穩(wěn)定劑和增稠劑適量添加于各類食品中。Liu等[12]發(fā)現(xiàn)多糖類NPD可以顯著提高土壤表面的抗剪強(qiáng)度和大團(tuán)聚體，進(jìn)而減少坡面的徑流量和產(chǎn)沙量。焦念等[20]模擬降雨試驗表明Jag C162可提高土壤入滲率，減少地表徑流。李元元等[21]研究表明中性多糖Jag S可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高坡面入滲性能，達(dá)到降低土壤侵蝕的目的。

本研究將在模擬降雨試驗條件下，探索羅地亞公司新開發(fā)的高分子多聚糖Jag C162對黃土坡面徑流過程的影響效應(yīng)，研究不同撒施劑量的Jag C162對坡面初始產(chǎn)流時間、徑流過程的影響，通過分析其對土壤性質(zhì)的改變，闡明撒施Jag C162對徑流過程的調(diào)控過程，結(jié)果將促進(jìn)坡面侵蝕理論的深入發(fā)展，為黃土高原環(huán)境友好型發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤及試驗裝置

試驗在中國科學(xué)院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗室人工模擬降雨大廳開展。試驗采用側(cè)噴式人工降雨裝置，噴頭安裝高度14.5 m，雨滴上噴高度1.5 m，實(shí)際降雨高度可達(dá)16 m，能確保所有雨滴達(dá)到終點(diǎn)速度，且降雨均勻度大于80%。

試驗土壤來自黃土高原典型丘陵溝壑區(qū)的陜西省延安市安塞區(qū)，土壤類型為黃綿土，其黏粒、粉粒和砂粒含量分別為8.7%，54.7%，36.6%。

試驗設(shè)備為120 cm(長)×40cm(寬)×25 cm(深)的可變坡鋼質(zhì)小區(qū)，其底部的開孔間距設(shè)置為10 cm。試驗前土壤經(jīng)自然風(fēng)干后，過5 mm篩網(wǎng)去除植物根系及石子等雜質(zhì)。在小區(qū)裝土之前，先在水槽底部鋪一層天然細(xì)沙(5 cm厚)，并將透水紗布覆蓋其上，使土層的透水狀況與天然坡面相似。

設(shè)計填土容重為1.2 g/m3，土壤含水量為14%。試驗小區(qū)裝填土壤時，采取分層裝土的方式以保證裝土的均勻性，每層5 cm厚，分4層裝填，注意填充的同時要進(jìn)行壓實(shí)處理，確保土壤容重符合設(shè)計要求。裝填完畢，用刮板將土壤表面刮平整。

1.2 試驗設(shè)計及觀測

Jag C162是羥丙基瓜爾膠的陽離子衍生物，其分子式：C17H17ClO6，屬于天然高分子多肽衍生物。它是從瓜爾豆種子中提取的天然多糖，是一種可再生資源。它是一種白色、無雜質(zhì)粉末，遇水形成膠體。試驗表明它沒有生態(tài)毒性并能促進(jìn)土壤中有益菌落的形成，是一種純天然無污染的綠色化學(xué)品。

Jag C162施放方式采取拌土干施法。將所需劑量的Jag C162和過篩風(fēng)干土混合，并攪拌均勻，混合物的用量以符合設(shè)計容重在試驗小區(qū)平鋪2 mm厚為準(zhǔn)。然后，將混合物定量等分為10份，沿著坡面均勻地撒施在分段試驗小區(qū)的對應(yīng)區(qū)域，并刮平、壓實(shí)。靜置一段時間后，用噴水壺沿著坡面從上到下均勻地噴撒2 L水，為使Jag C162與土壤充分作用，將其放置15 h后，即可開始模擬降雨試驗。

試驗設(shè)計的坡度、降雨強(qiáng)度組合為：同一坡度15°下，降雨強(qiáng)度分別為1.0，1.5，2.0 mm/min；同一降雨強(qiáng)度1.5 mm/min下，坡度分別為10°，15°，20°。土壤表面處理包括作為對照的裸土和3種撒施劑量的Jag C162(1，3，5 g/m2)。每場試驗重復(fù)1次，共計40場試驗。每場試驗的模擬降雨持續(xù)時長為40 min。

在試驗過程中觀測各個時段的產(chǎn)流量及產(chǎn)沙量并做好記錄。在每場模擬降雨試驗中，用秒表測得初始產(chǎn)流時間。在開始產(chǎn)流后，用塑料桶接取各時段的過程水沙樣。產(chǎn)流后的前3 min內(nèi)接樣的時長分別為1，2 min，之后每3 min接取1次，直到試驗結(jié)束。用量筒讀取渾水體積獲得總徑流量，靜置后去除上層清水，將剩余的泥沙置于鐵盒中，在105℃下烘干并稱重。

徑流率是指單位時間單位面積小區(qū)上產(chǎn)生的徑流量，計算公式為：

式中：R為徑流率(mm/min);M1為取樣時段內(nèi)的徑流和泥沙總質(zhì)量(g);M2為泥沙干重(g);ρ為水的密度1(g/cm3);t為徑流取樣時間(min);s為徑流小區(qū)的投影面積(cm2)。

每場降雨試驗結(jié)束后，等待3～4 h即可在經(jīng)模擬降雨沖刷的坡面用鏟子均勻取3個表層土樣，采取濕篩法測定降雨后土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

借助Excel 2016進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計與分析及可視化操作，運(yùn)用SPSS 26實(shí)現(xiàn)單因素方差分析、最小顯著性差異檢驗(LSD)。

2 結(jié)果與分析

2.1 撒施Jag C162對黃土坡面初始產(chǎn)流時間的影響

2.1.1 不同降雨強(qiáng)度下的初始產(chǎn)流時間 由表1可知，裸坡與撒施不同劑量Jag C162坡面的初始產(chǎn)流時間均隨降雨強(qiáng)度的增大而呈逐漸縮短的趨勢。撒施Jag C162后可以明顯延遲坡面的初始產(chǎn)流時間，隨著降雨強(qiáng)度的增大，滯后效應(yīng)減弱。在降雨強(qiáng)度為1.0，1.5，2.0 mm/min時，撒施不同劑量的Jag C162對初始產(chǎn)流時間的平均滯后百分比分別為215%，24.58%，19.26%。Jag C162的撒施劑量與坡面初始產(chǎn)流時間的滯后效應(yīng)呈非線性相關(guān)。撒施劑量為1，3，5 g/m2時，Jag C162的初始產(chǎn)流時間在不同降雨強(qiáng)度下相比對照的平均滯后百分比分別為62.05%，187.79%，9.01%。撒施3 g/m2劑量的Jag C162對坡面產(chǎn)流的延緩效果最為顯著，在降雨強(qiáng)度為1.0 mm/min，劑量為3 g/m2組合條件下，初始產(chǎn)流時間最大延遲到25.29 min。5 g/m2劑量下，除1.0 mm/min雨強(qiáng)下，坡面初始產(chǎn)流時間相比對照皆顯著提前。

表1 不同降雨強(qiáng)度下撒施Jag C162的初始產(chǎn)流時間及其與對照相比的滯后百分比

2.1.2 不同坡度下的初始產(chǎn)流時間 由表2可知，裸坡與撒施不同劑量Jag C162的坡面的初始產(chǎn)流時間均隨坡度的增大而呈逐漸縮短的趨勢。坡度為10°，15°和20°時，撒施Jag C162坡面的初始產(chǎn)流時間相比對照平均滯后的百分比分別為25.66%，24.58%，21.96%，不同坡度之間的初始產(chǎn)流時間差異較小。撒施1，3 g/m2劑量的Jag C162的初始產(chǎn)流時間相比對照平均滯后百分比分別為18.64%，112.07%。3 g/m2劑量下產(chǎn)流的滯后效果最為顯著，在坡度為10°，劑量為3 g/m2條件下，坡面初始產(chǎn)流時間達(dá)到最大值9.49 min。撒施5 g/m2劑量Jag C162的初始產(chǎn)流時間相比對照平均提前百分比為58.51%，在坡度為20°，劑量為5 g/m2條件下，坡面初始產(chǎn)流提前時間達(dá)到最大值1.59 min(提前62.46%)。

表2 不同坡度下撒施Jag C162的初始產(chǎn)流時間及其與對照相比的滯后百分比

2.2 撒施Jag C162對黃土坡面徑流過程的影響

2.2.1 不同降雨強(qiáng)度下的坡面徑流過程 如圖1所示，在同一坡度、3個不同降雨強(qiáng)度條件下，撒施不同劑量Jag C162的坡面徑流率隨徑流過程的變化整體上可分為兩個階段。第一階段徑流率呈持續(xù)快速增長趨勢，第二階段徑流率趨于緩慢遞增狀態(tài)，且徑流率與降雨強(qiáng)度總體呈正相關(guān)。因撒施劑量和降雨強(qiáng)度的不同，徑流率的變化有所差異。在1.0 mm/min雨強(qiáng)下，兩階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)大致位于35 min，并且撒施各劑量的坡面徑流率都顯著低于裸坡。在1.5，2.0 mm/min雨強(qiáng)下，兩階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)分別在30，25 min左右。除撒施5 g/m2劑量的坡面徑流率在產(chǎn)流初始階段(0～5 min)高于1，3 g/m2劑量及裸坡的徑流率，其余撒施Jag C162的坡面均可有效地減少徑流率。

總體而言，隨著降雨強(qiáng)度的遞增，徑流率由快速增長轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛f增的狀態(tài)在提前，且徑流率的變化幅度在增大。撒施不同劑量Jag C162的徑流率的大小順序為：裸土>1 g/m2>5 g/m2>3 g/m2。相對于1 g/m2劑量而言，撒施劑量為5，3 g/m2的徑流率隨降雨歷時全過程的變化中差異較小。

圖1 不同降雨強(qiáng)度和不同撒施劑量的Jag C162對徑流率隨降雨過程變化的影響

2.2.2 不同坡度下的坡面徑流過程 如圖2所示，在同一降雨強(qiáng)度、3個不同坡度試驗條件下，撒施不同劑量Jag C162的坡面徑流率隨徑流過程的變化與不同降雨強(qiáng)度條件下的特征相似。第一階段徑流率呈持續(xù)快速增長趨勢，第二階段徑流率趨于緩慢遞增狀態(tài)。因撒施劑量和坡度的不同，徑流率的變化有所差異。在坡度10°下，兩階段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)大致在35 min，并且撒施各劑量的坡面徑流率均低于裸坡。在坡度15°和20°下，轉(zhuǎn)折點(diǎn)均分布在30 min左右，此時撒施5 g/m2劑量的坡面徑流率在產(chǎn)流初始階段(0～5 min)高于1，3 g/m2劑量及裸坡的徑流率，其余撒施Jag C162均可有效地減少徑流率。

總體而言，隨著坡度的遞增，徑流率的增長速率遞增。撒施不同劑量Jag C162的徑流率的大小順序為：裸土>1 g/m2>5 g/m2>3 g/m2。相對于1 g/m2而言，撒施劑量為5，3 g/m2的徑流率在降雨歷時全過程的變化中差異較小。

2.3 撒施Jag C162對黃土坡面徑流量的影響

由表3可知，撒施Jag C162對地表徑流具有明顯的減水效應(yīng)。同一坡度不同降雨強(qiáng)度下，撒施不同劑量Jag C162處理后，坡面徑流深隨雨強(qiáng)的增大而顯著增大，減水效應(yīng)依次為61.47%，47.10%，38.92%。同一降雨強(qiáng)度不同坡度下，撒施不同劑量Jag C162對應(yīng)徑流深的變化隨坡度的增大而遞增，但差異不顯著，減水效應(yīng)隨坡度的增大分別為53.17%，47.10%，40.60%。Jag C162不同撒施劑量的坡面處理措施下，徑流深的平均值從大到小排序為：裸土>1 g/m2>5 g/m2>3 g/m2。同一坡度不同降雨強(qiáng)度下，撒施1，3，5 g/m2劑量的Jag C162對黃土坡面的平均減水效應(yīng)分別為40.40%，51.33%，55.76%，撒施5 g/m2的Jag C162對坡面的平均減水效應(yīng)最大。同一降雨強(qiáng)度不同坡度下，撒施不同劑量Jag C162對坡面的平均減水效應(yīng)分別為31.98%，58.98%，49.92%，3 g/m2劑量的Jag C162的減水效應(yīng)最大。

圖2 不同坡度和不同撒施劑量的Jag C162對徑流率隨降雨過程變化的影響

表3 不同降雨強(qiáng)度和不同坡度下撒施Jag C162的減水效應(yīng)

2.4 撒施Jag C162對黃土坡面土壤團(tuán)聚體的影響

土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的最小單元，它的粒徑分布、數(shù)量和其水穩(wěn)定性直接決定了土壤孔隙的大小和穩(wěn)定性[22]。水穩(wěn)性團(tuán)聚體的數(shù)量、質(zhì)量(大小)是決定土壤入滲性能、削弱徑流動能及抵抗徑流沖刷力的物質(zhì)基礎(chǔ)。特別是>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量是評價土壤可蝕性的重要指標(biāo)。

撒施不同劑量的Jag C162對各粒級土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體百分含量的影響，集中體現(xiàn)在>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的持續(xù)增長(圖3)。在土壤表面處理為裸土?xí)r，>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體百分含量僅為8.98%，而土壤表面經(jīng)過Jag C162不同劑量(1，3，5 g/m2)的處理后，對應(yīng)的團(tuán)聚體的含量分別增了21.06%，56.76%，66.54%。隨著撒施劑量的增加，其增長率呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，與裸土相比增長率分別為234.52%，632.07%，740.98%。其中以撒施3 g/m2劑量Jag C162的處理下，增幅最為突出。

撒施Jag C162可以有效提高>2.5 mm各粒級團(tuán)聚體含量(圖4，表4)。不同劑量的Jag C162與裸土相比，不同粒級團(tuán)聚體含量的提高范圍在0～21.14%，提高效果有顯著差異。相對而言，對0.25～0.5及0.5～1 mm粒徑的微團(tuán)聚體含量的提高效果較小，其增長百分比介于4.67%～8.93%，在這2個粒級范圍內(nèi)，撒施小劑量(1 g/m2)比較大劑量(3，5 g/m2)坡面處理的改善效果更顯著。對1～2，2～5及>5 mm粒徑的團(tuán)聚體含量的提高幅度較大，其增長百分比的均值為11.58%。撒施3，5 g/m2劑量坡面處理的改善效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過小劑量(1 g/m2)處理，且兩個較大劑量下的改善效果較為接近，其中，尤其對2～5 mm粒徑的提高效果最好，提高百分比的均值為13.92%，最大值可達(dá)21.14%。由此可見，Jag C162可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體從微團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化為大團(tuán)聚體，有效地改善水穩(wěn)性團(tuán)聚體的團(tuán)粒分布特征。

注:Jag C162的撒施劑量為0 g/m2即為裸坡處理，下同。

注：不同小寫字母代表各種降雨強(qiáng)度與坡度組合條件下，不同劑量之間對各粒徑土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響效應(yīng)差異顯著(p<0.05)。

表4 Jag C162對各粒級土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的提高百分比 %

3 討 論

3.1 撒施Jag C162對土壤團(tuán)聚體的影響

在其他外部試驗條件一致時，高分子聚合物應(yīng)用的有效性在很大程度上取決于土壤性質(zhì)[23]。在土壤中施加高分子聚合物會影響土壤顆粒的分散和絮凝，有助于穩(wěn)定現(xiàn)有團(tuán)聚體，改善相鄰?fù)寥李w粒之間的結(jié)合和聚集以增加團(tuán)聚體含量，提高團(tuán)聚體的水穩(wěn)定性[24-25]。本試驗表明Jag C162與土壤顆粒發(fā)生充分粘結(jié)和吸附，使小的土壤顆粒膠結(jié)在一起把微團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化為大團(tuán)聚體，團(tuán)聚體的穩(wěn)定性得到改善，土壤結(jié)構(gòu)得以提升。>0.25 mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體的占比上升會降低土壤容重，提高土壤的總孔隙度及毛管孔隙度，增加土壤入滲率[20]，使有限的天然降水最大限度地儲存在土壤中，提高雨水資源的有效利用率[12]。Jag C162對坡面徑流具有顯著減水效應(yīng)，可有效降低坡面侵蝕。

另一方面，增加團(tuán)聚體的穩(wěn)定性可以防止土壤結(jié)皮的形成[26]。經(jīng)高分子聚合物處理后，可以通過改變土壤團(tuán)聚體的粒級分布和改善團(tuán)聚體的穩(wěn)定性來有效地抑制土壤結(jié)皮的形成[27]。撒施Jag C162后，會在很多過程中抑制土壤封閉與結(jié)皮的形成，如雨滴對土壤的沖擊與壓實(shí)過程及水流引起的分散，搬運(yùn)與沉積過程等，從而提高入滲率。Zhang等[28]電鏡掃描結(jié)果顯示，土壤改良劑會分散松散的土壤顆粒，促進(jìn)其重新形成片狀、針狀的土體結(jié)構(gòu)，而且其內(nèi)聚力可以有效地防止團(tuán)聚體分散。由表4可知，隨著撒施劑量的增加，>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的提高程度依次增大，但不同劑量下，各粒級的提高比例有所差異。撒施1 g/m2的Jag C162時，主要是1～2，0.5～1 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體比例提高，撒施3，5 g/m2的Jag C162時，主要是>5，2～5，1～2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體占比上升，并且劑量越大，提高幅度越大。其可能的原因是撒施劑量增多，Jag C162與土壤顆粒的接觸面積增大，Jag C162與土壤顆粒的吸附與粘結(jié)效果更強(qiáng)，促使形成更高粒級的團(tuán)聚體。

3.2 撒施Jag C162對坡面初始產(chǎn)流時間的影響

李元元等[21]的研究表明施用不同劑量Jag S的坡面產(chǎn)流均早于裸坡，且劑量越大，坡面初始產(chǎn)流時間越早。而陳渠昌等[29]通過試驗得出PAM的施用對坡面初始產(chǎn)流時間無顯著影響。相反，唐澤軍等[30]的研究表明PAM覆蓋能顯著延遲徑流的初始產(chǎn)流時間。隨著PAM覆蓋率的遞增，對坡面產(chǎn)流的滯后時長越大。本研究結(jié)果表明，在不同降雨強(qiáng)度與坡度條件下，撒施小、中劑量的Jag C162可以顯著地使坡面的初始產(chǎn)流時間滯后，但是撒施大劑量的Jag C162反而會使坡面的初始產(chǎn)流時間提前。

與前人的研究成果存在差異的原因可能是：(1) 陳渠昌等[29]所使用的PAM是由丙烯酰胺聚合而成的高分子陰離子型化合物，分子量較大，白色粉末非結(jié)晶固體，而Jag C162是羥丙基瓜爾膠的陽離子衍生物，從瓜爾豆種子中提取的天然多糖，分子量僅為30萬～100萬，白色粉末。李元元等[21]的Jag S是從大豆胚胎中提取的一種中性多糖，不帶電，白色粉末狀，并且Jag S的黏度比Jag C162低，不同的聚合物其性質(zhì)的不同對土壤顆粒的物理化學(xué)過程有所差異，因此，對坡面的初始產(chǎn)流時間的作用效果不同。(2) 試驗選材的施用方式不同。李元元等[21]的Jag S施用方式是噴施法，將所需劑量的Jag S溶于定量水中，并充分?jǐn)嚢?，待其形成穩(wěn)定膠體后均勻噴灑于土壤表面。膠體狀的Jag S不利于大面積分散，與土壤作用不充分，甚至堵塞土壤孔隙致使初始產(chǎn)流時間提前。本研究中Jag C162施放方式采取拌土干施法。將設(shè)計劑量的Jag C162與風(fēng)干土充分混合，分段平鋪于土壤表面。有可能是粉末狀的Jag C162與土壤顆粒的結(jié)合作用地更加充分，其對土壤團(tuán)聚體的促進(jìn)效果較好，從而能更好地改善土壤的入滲性能，因此對應(yīng)的初始產(chǎn)流時間滯后。本試驗中撒施5 g/m2劑量的Jag C162導(dǎo)致初始產(chǎn)流時間提前的原因可能是Jag C162粉末會率先進(jìn)入土壤顆粒的間隙中，在短時間內(nèi)形成一層膠體薄膜，阻擋了部分水流的入滲，因此初始產(chǎn)流時間會提前。隨著時間的推移，徑流沖刷破壞了薄膜層，使Jag C162與土壤的吸附粘結(jié)作用更加充分，土壤結(jié)構(gòu)更趨向于大團(tuán)聚體，進(jìn)一步表現(xiàn)為減水效應(yīng)更好。

3.3 撒施Jag C162對坡面徑流過程的影響

撒施不同劑量Jag C162的坡面徑流率隨徑流過程的變化大致趨勢為由快速增長逐漸趨于緩慢遞增狀態(tài)。撒施Jag C162后，在降雨初期，表土的初始含水量低，土壤的入滲率相對較高，此時降水用于地表土層的蓄存與填洼，地表無徑流產(chǎn)生。隨著降雨歷時的延長，土壤孔隙漸漸被填充，表土含水量持續(xù)增大，土層的蓄水能力在下降。當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土壤的入滲率時，地表開始產(chǎn)生徑流。產(chǎn)流開始后，土壤入滲率逐漸減小，此時雨滴對土壤的沖擊和水流本身所具有的動能及勢能的轉(zhuǎn)化對地表的沖刷致使水流的挾沙能力增強(qiáng)，地表徑流量增大。當(dāng)土壤含水量幾近飽和，土壤孔隙度被土壤顆粒和水流填充，此時進(jìn)入土壤穩(wěn)滲階段，地表的徑流量也相應(yīng)平穩(wěn)。

總體而言，試驗劑量下的Jag C162可以明顯地改變地表徑流過程，但不同劑量對徑流過程的影響有所差異。撒施3 g/m2的Jag C162對徑流率的減小效果最好，是本試驗條件下的最佳施用劑量。隨著撒施劑量增多，Jag C162顆粒與土壤顆粒發(fā)生作用的幾率增大，撒施3 g/m2劑量會促進(jìn)土壤與Jag C162更好地進(jìn)行吸附和粘結(jié)，進(jìn)而改善土壤顆粒的粒級分布，提高土壤孔隙度，增強(qiáng)入滲量，減少徑流量，因此3 g/m2比1 g/m2的徑流明顯較少。而撒施5 g/m2的Jag C162對徑流率的減小效果沒有撒施3 g/m2的Jag C162對徑流率的減小效果好，其可能的原因是過量的Jag C162在降雨過程中隨徑流進(jìn)入土壤孔隙，堵塞孔隙，過量的Jag C162還會與土壤吸附在地表形成局部封閉，阻擋徑流的下滲路徑，使土壤入滲量降低，徑流量增大。但撒施5 g/m2的Jag C162相比對照而言，仍然對徑流量具有顯著的調(diào)控效應(yīng)。

4 結(jié) 論

通過人工模擬降雨試驗，對比分析了撒施Jag C162坡面與裸坡徑流過程特征，揭示了Jag C162對坡面徑流過程的影響。撒施3，1 g/m2劑量Jag C162的坡面初始產(chǎn)流時間相比裸坡顯著滯后(p<0.05)，撒施大劑量(5 g/m2)的坡面初始產(chǎn)流時間顯著提前(p<0.05)。與裸坡處理相比，撒施Jag C162明顯改變了降雨徑流隨降雨歷時的變化規(guī)律。撒施不同劑量Jag C162的坡面徑流率隨徑流過程的變化大致趨勢為由快速增長逐漸趨于緩慢遞增狀態(tài)(5 g/m2除外)。撒施3 g/m2的Jag C162對徑流率隨降雨歷時的調(diào)控效應(yīng)最佳。Jag C162可以顯著提高>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，尤以1～2，2～5，>5 mm粒徑的團(tuán)聚體含量的提高幅度大。以此改善土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤孔隙度，提高入滲率，減少地表徑流量，從而達(dá)到調(diào)控土壤侵蝕的目的，為黃土高原干旱地區(qū)的綠色可持續(xù)發(fā)展提供新方向。

侵蝕強(qiáng)弱取決于降雨動力條件和土壤抗蝕性的綜合作用結(jié)果，本研究中撒施Jag C162可顯著提高土壤團(tuán)聚體含量，提高抗蝕性，且對團(tuán)聚體的改善效果隨劑量增大而增大，但同時，從1 g/m2劑量增加到3 g/m2時，Jag C162對初始產(chǎn)流時間的滯后效果顯著增大，且產(chǎn)流量顯著減少，但當(dāng)劑量繼續(xù)增加至5 g/m2時，初始產(chǎn)流時間在1.5，2.0 mm/min時反而顯著提前，甚至比裸土也顯著提前，并且徑流量的減少效果變小。因此，隨著Jag C162施放劑量的不斷增大，土壤抗蝕性呈不斷增加的趨勢，但其對徑流的調(diào)控效應(yīng)并不是不斷增強(qiáng)的，而對徑流調(diào)控的減弱一定程度上相對增強(qiáng)了侵蝕發(fā)生的動力條件，所以在大劑量條件下，當(dāng)徑流增加引起的侵蝕風(fēng)險超過抗蝕性增強(qiáng)抵抗侵蝕的平衡點(diǎn)時，有可能呈現(xiàn)出侵蝕增加的現(xiàn)象。因此，撒施Jag C162的最佳劑量還需做進(jìn)一步的探討。