陶淑鑫， 施加春， 曾令藻， 吳勞生

(浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院土水資源與環(huán)境研究所，杭州 310058)

陰離子型聚丙烯酰胺及陽(yáng)離子添加對(duì)水稻土流失量的影響

陶淑鑫， 施加春， 曾令藻， 吳勞生*

(浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院土水資源與環(huán)境研究所，杭州 310058)

以水稻土(黃斑田)為供試對(duì)象，采用恒溫振蕩及室內(nèi)沉降方法，通過(guò)不同量的陰離子型聚丙烯酰胺(polyacrylamide，PAM)與Na+、Ca2+的添加研究在外力擾動(dòng)下，稻田土壤顆粒在水體中的沉降和流失狀況，探索不同條件下土壤流失的減量效果。結(jié)果表明：1)在添加PAM條件下，土壤流失量隨PAM增加呈先降低后升高的趨勢(shì)，最適PAM添加量在5 mg/L左右時(shí)，靜置沉降2 min內(nèi)土壤顆粒的減少量達(dá)90%；試驗(yàn)土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量隨PAM增加而不斷增加，說(shuō)明PAM添加對(duì)于促進(jìn)土壤顆粒間聚合及加速水體中土壤顆粒聚沉效果顯著；2)在添加陽(yáng)離子情況下，隨著陽(yáng)離子濃度增加，其促進(jìn)土壤顆粒聚沉從而減少土壤流失的作用逐漸增強(qiáng)，且在相同電荷密度條件下Ca2+的效果明顯優(yōu)于Na+，具體表現(xiàn)為Ca2+(0.005 mol/L)>Ca2+(0.001 mol/L)>Na+(0.01 mol/L)>Na+(0.002 mol/L)> 無(wú)外加陽(yáng)離子(0 mol/L)的空白對(duì)照；3)陽(yáng)離子與PAM同時(shí)添加的作用效果與分別添加時(shí)差異巨大，表現(xiàn)為陽(yáng)離子加入降低了PAM的聚沉能力并使其最適添加水平提高，同種離子隨濃度增加這種作用更為明顯；二者共同添加時(shí)，其減少土壤流失、增加土壤顆粒聚沉的效果表現(xiàn)為單獨(dú)施加PAM>[Na+(0.002 mol/L)+PAM]>[Ca2+(0.001 mol/L)+PAM]>[Na+(0.01 mol/L)+PAM]>[Ca2+(0.005 mol/L)+PAM]>空白對(duì)照，各離子處理對(duì)PAM增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量的影響差異不明顯，但均小于單獨(dú)添加PAM條件下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)的增加量?？傮w上，PAM和陽(yáng)離子都有利于促進(jìn)水體中土壤顆粒聚沉，減少土壤的流失量，但當(dāng)二者共同添加或者土壤與水體中鹽分含量過(guò)高時(shí)PAM的作用會(huì)被削弱。

陰離子型聚丙烯酰胺； 陽(yáng)離子； 土壤顆粒； 聚沉； 土壤流失

Summary Soil erosion is one of the serious threats in many parts of the world. Comparing with dry land soil, little information is available on erosion from paddy field during storms. Soil and nutrient loss by erosion may significantly contribute to non-point source pollution. Thus, control of soil erosion in paddy field is of great significance for soil and water conservation.

Polyacrylamide (PAM) is a generic chemistry term that refers to a broad class of compounds, and they are often used as soil conditioner. Significant sediment reductions have been observed in furrow irrigation when small amounts of PAM are applied in irrigation water. Early research has also indicated that cations can enhance the PAM performance in sediment reduction. Thus this study was to test the effect of different concentrations of PAM, Na+, and Ca2+on sediment loss of a paddy soil (taxonomical name: silt-clayed yellow mottled paddy soil, and sampling location: 30°39′ N, 120°47′ E) by determining the soil particle concentrations in the suspensions through settling experiment at room temperature.

The results indicated that when small amount of PAM (<5 mg/L) was added to the tested paddy soil, the soil particle concentration (sediment) in the suspension decreased. However, it bounced back as PAM application rate further increased. Nevertheless, the contents of water-stable aggregates (>0.25 mm) increased as PAM application rate increased in all treatments. The optimal PAM application rate to reduce soil particle loss was about 5 mg/L, which could reduce the soil particle concentration in the suspension by 90% in 2 min. Adding cations could significantly change the effect of PAM on soil particle settlement. The cations’ ability to reduce soil loss and promote the settlement of soil particles was in the order of Ca2+(0.005 mol/L)>Ca2+(0.001 mol/L)>Na+(0.01 mol/L)>Na+(0.002 mol/L)>control (0 mol/L cation). The effect of Ca2+was much greater than that of Na+at the same charge density. It was also observed that, contradictory to the common belief, the ability of PAM to reduce soil loss and promote settlement of soil particles decreased when the cations were added to the soil suspension. In the presence of cations, more PAM was required to reduce the soil particle concentration in the suspension, and for the same cation, higher cation concentration required higher PAM addition rate to achieve the same result. The ability to reduce soil loss and promote the settlement of soil particles was in the order of PAM>[Na+(0.002 mol/L)+PAM]>[Ca2+(0.001 mol/L)+PAM]>[Na+(0.01 mol/L)+PAM]>[Ca2+(0.005 mol/L)+PAM]>control. No significant difference was observed in increasing the water-stable aggregates (>0.25 mm) among different cations added to the PAM treatment.

In conclusion, both PAM and cations can promote flocculation of the soil particles in soil suspension to reduce the paddy soil loss when they are individually added, but the effect will be weakened when they are added together or with too high PAM concentration.

水土流失是當(dāng)前環(huán)境面臨的嚴(yán)重威脅之一[1].我國(guó)水土流失的突出特點(diǎn)表現(xiàn)為流失面積分布廣，流失量大。土壤及水體作為養(yǎng)分存在的載體，在流失的同時(shí)會(huì)攜帶大量養(yǎng)分。土壤流失是農(nóng)業(yè)面源污染中規(guī)模最大、危害程度最嚴(yán)重的一種[2-3]。國(guó)家水利部水土保持司提供的統(tǒng)計(jì)資料[4]顯示，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)水土流失毀掉耕地267多萬(wàn)hm2，平均每年6.67萬(wàn)hm2以上的耕地因此喪失利用價(jià)值，土壤流失總量達(dá)50多億t，相當(dāng)于從全國(guó)耕地上刮去3 cm厚的肥沃表土，流失的N、P、K養(yǎng)分相當(dāng)于4 000萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)化肥，總量超過(guò)我國(guó)每年化肥施用總量。因此，減少土壤流失對(duì)于防止農(nóng)業(yè)面源污染意義重大。

陰離子型聚丙烯酰胺(polyacrylamide，PAM)作為一種土壤改良劑，主要應(yīng)用于旱地土壤物理性質(zhì)的調(diào)節(jié)[5-8]及減少坡地及溝灌土壤的侵蝕流失。在調(diào)節(jié)土壤物理性質(zhì)方面，研究發(fā)現(xiàn)PAM添加對(duì)土壤體積質(zhì)量、入滲速率及團(tuán)聚體含量等均有一定程度的影響[6-10]，但是在不同土壤及研究條件下所取得的試驗(yàn)結(jié)果差異巨大。PAM添加對(duì)于防止坡地及灌溉溝渠土壤剝蝕非常顯著。溝灌試驗(yàn)表明，經(jīng)PAM溶液處理后的土壤侵蝕量通常能減少50%以上[11-13]；模擬降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PAM處理后的土壤流失量可減少90%以上[14-16]，減少量與PAM施加量及土地坡度有著顯著的相關(guān)性。

水田是我國(guó)南方的主要耕地類(lèi)型，在秧苗生長(zhǎng)前期，由于覆蓋度低，夏季暴雨時(shí)常會(huì)導(dǎo)致大量的水土流失。而將PAM應(yīng)用于水田的研究資料匱乏。同時(shí)，隨著施肥量的逐年增加，土壤的鹽分離子由于累積作用而增加。因此，本文選取浙江典型的水稻土黃斑田為研究對(duì)象，探討在不同鹽基條件下PAM對(duì)于防止水田土壤流失的效果，并進(jìn)一步探究其作用機(jī)制，為PAM在水田應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤為杭嘉湖平原典型水稻土類(lèi)型黃斑田，取自浙江省嘉興市南湖區(qū)余新鎮(zhèn)余新社區(qū)(30°39′ N，120°47′ E)，采樣深度0～20 cm。土壤經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干，過(guò)1 mm篩供試驗(yàn)用。供試土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

PAM由北京漢力淼新技術(shù)有限公司提供，可溶于水，相對(duì)分子質(zhì)量超過(guò)1 800萬(wàn)；有2種粒徑，PAM1為顆粒狀，粒徑范圍0.5～1 mm；PAM2為粉末狀，粒徑47 μm。

陽(yáng)離子(Na+，Ca2+)為國(guó)藥分析純NaCl及CaCl2。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

CEC：陽(yáng)離子交換能力；K+、Na2+、Ca2+、Mg2+為土壤中相應(yīng)離子水溶態(tài)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

CEC: Cation exchange capacity. The contents of K+, Na2+, Ca2+, Mg2+are water-extractable phase ones in the soil.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤流失量的影響

試驗(yàn)?zāi)M在降雨等外力擾動(dòng)條件下，不同處理對(duì)減少水田土壤隨水流失的效果。試驗(yàn)設(shè)置PAM1、PAM22個(gè)PAM添加類(lèi)型；0、0.5、1、5、10、20和40 mg/L共7個(gè)PAM添加梯度；無(wú)外加陽(yáng)離子(0 mol/L)、0.002 mol/L Na+、0.01 mol/L Na+、0.001 mol/L Ca2+和0.005 mol/L Ca2+共5個(gè)離子添加濃度，以保證Na+和Ca2+具有相同的電荷強(qiáng)度對(duì)照。試驗(yàn)稱(chēng)取2.5 g土加入上述100 mL溶液中，每個(gè)處理重復(fù)3次，恒溫振蕩30 min，置于100-mL沉降桶中沉降10 min，取上層7 cm水樣，測(cè)定其土壤含量。

1.2.2 PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤顆粒沉降速度的影響 選取1.2.1節(jié)中試驗(yàn)效果較好的PAM1類(lèi)型，設(shè)置無(wú)PAM1添加(0)、1、3、10和20 mg/L共5個(gè)PAM1添加梯度；無(wú)外加陽(yáng)離子(0 mol/L)、0.002 mol/L Na+、0.01 mol/L Na+、0.001 mol/L Ca2+和0.005 mol/L Ca2+共5個(gè)離子添加濃度。試驗(yàn)稱(chēng)取50 g土加入上述1 200 mL溶液中，每個(gè)處理重復(fù)3次，恒溫振蕩30 min，置于1-L沉降筒中，分別于第0、2、5、10、20、40、60和100 min時(shí)于液面下7 cm處取樣10 mL，測(cè)定其土壤含量。

1.2.3 PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量的影響 PAM添加對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量影響試驗(yàn)：設(shè)置PAM1、PAM22個(gè)PAM類(lèi)型；0、1、3、10和20 mg/L共5個(gè)PAM添加梯度；水溶液總量1 200 mL，加土量為50 g，每個(gè)處理重復(fù)3次，恒溫振蕩30 min，測(cè)定水體中>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。

PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量影響試驗(yàn)：以PAM1為試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)置0、1、3、10和20 mg/L共5個(gè)PAM添加梯度；無(wú)外加陽(yáng)離子(0 mol/L)、0.002 mol/L Na+、0.01 mol/L Na+、0.001 mol/L Ca2+和0.005 mol/L Ca2+共5個(gè)離子添加濃度；水溶液總量1 200 mL，加土量為50 g，每個(gè)處理重復(fù)3次，恒溫振蕩30 min，測(cè)定水體中>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量。

1.3 分析方法

土壤pH、陽(yáng)離子交換能力(cation exchange capacity, CEC)均采用常規(guī)方法測(cè)定；水溶態(tài)鹽分Na+、K+、Ca2+、Mg2+通過(guò)火焰光度計(jì)測(cè)定[17]；有機(jī)質(zhì)通過(guò)重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測(cè)定[17]；水體中土壤含量采用105 ℃烘干法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 PAM添加對(duì)土壤流失量的影響

2種類(lèi)型PAM添加對(duì)土壤流失量的作用效果如圖1所示。結(jié)果表明，隨著PAM添加量的增加，上清液中土壤顆粒含量明顯減少。當(dāng)PAM添加量為5 mg/L時(shí)對(duì)土壤顆粒的沉降效果最佳，其最大沉降率高達(dá)97%，差異極顯著；之后隨著PAM添加量的增加，其對(duì)土壤顆粒的聚沉能力減弱，土壤流失量增加。原因在于PAM作為一種絮凝劑本身具有一定的黏度，當(dāng)PAM添加過(guò)量時(shí)，不能完全與土壤顆粒結(jié)合，從而導(dǎo)致部分PAM殘留于水體，增加了溶液的黏度，減緩了顆粒沉降速度。2種粒徑類(lèi)型PAM對(duì)減少水體中土壤顆粒含量的效果稍有不同，總體表現(xiàn)為PAM1的最適添加量更低，效果更好。

圖1 PAM添加對(duì)土壤流失量的影響

2.2 不同陽(yáng)離子添加對(duì)土壤流失量的影響

在不同陽(yáng)離子添加條件下土壤懸濁液中Na+、Ca2+的實(shí)測(cè)值以及陽(yáng)離子加入對(duì)土壤隨水流失的作用效果見(jiàn)表2。從中可以看出：陽(yáng)離子的加入能夠減少土壤的流失量，其減少效果表現(xiàn)為Ca2+(0.005 mol/L)>Ca2+(0.001 mol/L)>Na+(0.01 mol/L)>Na+(0.002 mol/L)；在相同電荷密度條件下2價(jià)Ca2+的作用能力強(qiáng)于1價(jià)Na+，并且作用效果隨著溶液中離子濃度提高而增強(qiáng)。這說(shuō)明在高鹽分含量介質(zhì)中，土壤顆粒的聚沉效果會(huì)增強(qiáng)，土壤流失量相對(duì)于低鹽分含量的土壤或水體減少，而且2價(jià)陽(yáng)離子的作用效果高于1價(jià)陽(yáng)離子。

2.3 PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤流失量的影響

以介質(zhì)中鹽分濃度提高為前提，探究PAM添加對(duì)土壤流失減量化的作用,結(jié)果如圖2所示.總體趨勢(shì)表現(xiàn)為隨著陽(yáng)離子濃度提高，PAM對(duì)降低土壤流失的能力減弱，但不同PAM用量間存在一定差異。具體表現(xiàn)為當(dāng)PAM添加量低于1 mg/L時(shí)，溶液中土壤顆粒含量的變化與陽(yáng)離子單獨(dú)添加時(shí)的作用效果一致，其土壤顆粒含量表現(xiàn)為Ca2+(0.005 mol/L)Na+(0.002 mol/L)>Ca2+(0.001 mol/L)>Na+(0.01 mol/L)>Ca2+(0.005 mol/L)；2種不同類(lèi)型的PAM與陽(yáng)離子具有相似的作用結(jié)果，其作用順序大體與單獨(dú)添加陽(yáng)離子時(shí)效果相反，即在PAM最適添加量(5 mg/L左右)范圍內(nèi)，陽(yáng)離子與PAM共同作用時(shí)并未促進(jìn)水體中土壤顆粒的聚沉，相反卻減少了PAM聚沉土壤顆粒的量。當(dāng)PAM添加量繼續(xù)增大到10～20 mg/L時(shí)，在無(wú)外加陽(yáng)離子的處理中，由于PAM添加量增大導(dǎo)致水體黏度增加從而使水體中土壤顆粒含量又有增加；對(duì)于有外加陽(yáng)離子的處理，其作用能力表現(xiàn)為Ca2+(0.001 mol/L)>Na+(0.002 mol/L)>Na+(0.01 mol/L)>Ca2+(0.005 mol/L)，并相繼出現(xiàn)各自處理的最低土壤流失量，但其最低流失量均不少于PAM最佳用量時(shí)單獨(dú)施加的土壤流失量。

圖2 PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤流失量的影響

表2 在不同陽(yáng)離子添加條件下水體中Na+、Ca2+值及對(duì)土壤流失量的影響

2.4 PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤顆粒沉降速度的影響

PAM及2種陽(yáng)離子在不同添加水平下溶液中土壤顆粒含量隨時(shí)間的變化如圖3所示，整體趨勢(shì)呈現(xiàn)為隨著沉降時(shí)間的增長(zhǎng)，水體中土壤顆粒含量逐漸減少。

在無(wú)外加陽(yáng)離子處理即0 mol/L水體中，當(dāng)PAM添加量為0 mg/L時(shí)，水體中土壤顆粒含量在10～20 min內(nèi)即可自然沉降到初始濃度的20%左右；沉降試驗(yàn)進(jìn)行100 min時(shí)，水體中土壤顆粒含量減少為初始條件的8%左右。當(dāng)PAM加入水體后，2 min內(nèi)水體中土壤顆粒含量即可降低至初始濃度的10%左右，其中當(dāng)PAM添加量為3 mg/L時(shí)，土壤顆粒含量不到2%。隨著沉降時(shí)間的增長(zhǎng)，大部分PAM添加處理的土壤顆粒含量都可以降到2%以下。各處理的作用效果與2.1節(jié)所得結(jié)果相似，隨著PAM添加量的增加，土壤流失量變化趨勢(shì)為先減少而后增加，其中以PAM添加量為3 mg/L時(shí)效果最佳。

從圖3中還可以看出，在添加陽(yáng)離子的水體中，其與PAM作用之后的總體沉降效果表現(xiàn)為Na+(0.002 mol/L)>Ca2+(0.001 mol/L)>Na+(0.01 mol/L)>Ca2+(0.005 mol/L)；各處理中土壤顆粒含量隨時(shí)間增加逐漸減小且沉降主要發(fā)生于前5～10 min內(nèi)，但陽(yáng)離子的加入對(duì)高水平與低水平PAM對(duì)土壤顆粒沉降速度的影響差異巨大，表現(xiàn)在陽(yáng)離子加入降低了PAM添加水平低時(shí)的土壤顆粒沉降速度，增加了PAM添加水平高時(shí)的沉降速度，且不同離子濃度之間有一定差異。具體表現(xiàn)為當(dāng)Na+添加濃度為0.002 mol/L時(shí)，PAM添加處理在2 min內(nèi)，除1 mg/L處理外，水體中土壤顆粒含量均可降低到10%以下；當(dāng)PAM添加量為3～10 mg/L時(shí)沉降速度最快并且溶液中土壤含量最低，但相比于無(wú)外加陽(yáng)離子時(shí)相同添加量的PAM處理，土壤流失量稍有增大；PAM添加量為20 mg/L時(shí)，水體中土壤顆粒沉降速度較相同PAM且無(wú)外加陽(yáng)離子處理的沉降速度稍快，水體中土壤顆粒含量低。當(dāng)Na+添加濃度為0.01 mol/L、PAM添加量為1和3 mg/L時(shí)，水體中土壤顆粒較無(wú)外加陽(yáng)離子及0.002 mol/L Na+處理時(shí)含量增加，土壤顆粒的沉降速度減慢，在5 min沉降時(shí)間范圍內(nèi)PAM添加量為1 mg/L時(shí)的土壤顆粒含量仍高于10%，PAM添加量為3 mg/L時(shí)的土壤顆粒含量剛好降低至5%以下；當(dāng)PAM添加量為10和20 mg/L時(shí)，達(dá)到0.002 mol/L Na+含量條件下的最適PAM添加水平，5 min內(nèi)水體中土壤顆粒含量即降低到2%左右并維持恒定，但其土壤顆粒含量相對(duì)于水體中無(wú)外加陽(yáng)離子及Na+(0.002 mol/L)時(shí)處理的最低含量要高。當(dāng)Ca2+添加濃度為0.001 mol/L、PAM添加量為1和3 mg/L時(shí)，水體中土壤顆粒較無(wú)外加陽(yáng)離子、0.002 mol/L和0.01 mol/L Na+處理時(shí)含量增加，并且沉降速度減慢。在5 min沉降時(shí)間范圍內(nèi)，PAM添加量為1 mg/L時(shí)水體中土壤顆粒含量仍高達(dá)20%；此時(shí)PAM最佳添加量為10和20 mg/L，溶液中土壤顆粒含量最低，但高于無(wú)外加陽(yáng)離子處理時(shí)的最低土壤顆粒含量；當(dāng)PAM添加量為20 mg/L時(shí)，溶液中土壤顆粒含量低于無(wú)外加陽(yáng)離子、0.002 mol/L和0.01 mol/L Na+時(shí)對(duì)應(yīng)PAM處理水平的溶液中土壤顆粒含量。當(dāng)Ca2+添加濃度為0.005 mol/L時(shí)，各PAM添加處理水體在100 min沉降時(shí)間內(nèi)仍有約3%的土壤顆粒殘留，總體沉降效果在5個(gè)離子添加處理中效果最差；20 mg/L PAM為0.005 mol/L Ca2+時(shí)的最佳添加量。

土壤相對(duì)流失量(對(duì)數(shù)濃度)：溶液中土壤顆粒濃度相對(duì)于初始濃度的比值。The relative loss of soil (logarithm concentration): The ratio of soil particle concentration at any reaction time to the initial soil particle concentration.

2.5 PAM及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤(>0.25 mm)水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量的影響

PAM添加入水體后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量變化如圖4所示。在無(wú)PAM添加條件下，50 g土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)量約為4 000 mg；隨著PAM添加量的增加，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量迅速增加，當(dāng)PAM添加量達(dá)到20 mg/L時(shí)，PAM1處理的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)量約為8 000 mg，PAM2處理的土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)量也接近7 000 mg，較無(wú)PAM添加的對(duì)照增加1倍左右。

圖4 PAM添加對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量的影響

圖5為陽(yáng)離子與PAM1共同作用時(shí)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)的含量變化?？傮w趨勢(shì)表現(xiàn)為不論陽(yáng)離子添加與否，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)量都隨著PAM1添加量的增加而增加；無(wú)陽(yáng)離子添加時(shí)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)量為相同PAM添加條件下最高，但不同陽(yáng)離子添加濃度間規(guī)律不明顯。

圖5 PAM1及陽(yáng)離子添加對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量的影響

3 討論

PAM作為土壤改良劑，能夠減少土壤流失量，其作用效果與PAM添加量及PAM類(lèi)型關(guān)系密切。作為土壤改良劑的PAM為線(xiàn)性高分子聚合物，分子內(nèi)包含大量不同類(lèi)型官能團(tuán)，可以與土壤顆粒結(jié)合，所以它能夠?qū)⑿☆w粒的土壤結(jié)構(gòu)聚合成大顆粒的土壤團(tuán)聚體。在本試驗(yàn)中水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)的含量隨PAM添加量增加而顯著增加，從而促進(jìn)了水體中土壤顆粒的聚沉；同時(shí)，PAM作為聚合物，水溶液中分子本身具有一定的黏度，當(dāng)PAM添加量過(guò)高而不能完全與土壤顆粒結(jié)合時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致溶液黏度升高，阻礙土壤顆粒聚沉。本試驗(yàn)結(jié)果表明：在PAM添加量低于5 mg/L時(shí)，隨著PAM添加量增加，土壤流失量逐漸減?。划?dāng)PAM添加量超過(guò)5 mg/L時(shí)，隨著PAM添加量增加，土壤流失量又會(huì)增加。由于PAM分子本身的性質(zhì)包括溶解難易程度、電荷密度、純度等的差異，在本試驗(yàn)中PAM1的作用效果優(yōu)于PAM2。

一般認(rèn)為土壤細(xì)顆粒在水體中可以形成擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)[18]，在水體中電解質(zhì)濃度增加導(dǎo)致土壤顆粒間雙電層結(jié)構(gòu)的變化，從而影響土粒聚沉[19]。本試驗(yàn)表明：高濃度陽(yáng)離子的聚沉能力優(yōu)于低濃度陽(yáng)離子，并且由于Ca2+水合半徑小于Na+，所以聚沉作用更顯著。

很多研究[20-24]表明，陽(yáng)離子加入水體后，能夠降低負(fù)電荷膠體顆粒與陰離子PAM之間的電荷排斥，以離子橋的形式促進(jìn)二者結(jié)合從而增加水體中顆粒聚沉。但在本試驗(yàn)中，在最適PAM施用條件下添加陽(yáng)離子會(huì)導(dǎo)致土壤流失量增加，沉降速度減慢；同時(shí)，在高水平PAM施加條件下，陽(yáng)離子加入反而促進(jìn)了土壤顆粒的聚沉，以0.001 mol/L Ca2+時(shí)的表現(xiàn)最為突出?？赡艿脑蚴顷?yáng)離子加入后占據(jù)了PAM分子上的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致土壤顆粒不能充分地與PAM分子結(jié)合從而導(dǎo)致土壤流失量的增加和土壤顆粒沉降速度的降低。

4 結(jié)論

PAM添加可以增加土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體(>0.25 mm)含量，從而顯著減少稻田土壤流失，加速水體中土壤顆粒的聚沉；但在使用過(guò)程中應(yīng)注意選擇合理的添加量以及PAM類(lèi)型，以達(dá)到最佳使用效果。在本試驗(yàn)中PAM1的作用效果優(yōu)于PAM2。

Na+和Ca2+2種陽(yáng)離子的添加可以促進(jìn)水體中土壤顆粒聚沉，且隨離子濃度增大而增加，在相同電荷密度條件下Ca2+的促進(jìn)效果優(yōu)于Na+。在陽(yáng)離子含量高的水體中，PAM促進(jìn)土壤顆粒聚沉和減少土壤流失的能力減弱，并且這種效果與陽(yáng)離子種類(lèi)和濃度有關(guān)，含Ca2+的水體作用能力強(qiáng)于Na+，高濃度陽(yáng)離子含量的作用效果強(qiáng)于低濃度陽(yáng)離子含量，因此，水體或者土壤中陽(yáng)離子含量高時(shí)需要更多的PAM添加量和聚沉?xí)r間?？傮w上，陽(yáng)離子的添加會(huì)減弱PAM對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的增加效果，但不同類(lèi)型及濃度的陽(yáng)離子之間規(guī)律不明顯。

鑒于目前關(guān)于PAM在水稻土中的應(yīng)用研究較少，本文的主要目的是研究PAM單獨(dú)應(yīng)用或與鹽基離子共用時(shí)對(duì)水稻土土壤顆粒流失的影響，下一步研究將關(guān)注PAM應(yīng)用對(duì)水稻土中養(yǎng)分和鹽基離子流失的影響。

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Effects of anionic polyacrylamide and cation addition on paddy soil loss. Journal of Zhejiang University (Agric. & Life Sci.), 2015,41(2):219-227

Tao Shuxin, Shi Jiachun, Zeng Lingzao, Wu Laosheng*

(InstituteofSoilandWaterResourceandEnvironmentalScience,CollegeofEnvironmentalandResourceSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

anionic polyacrylamide; cation; soil particle; flocculation; soil loss

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目(2012AA062603).

聯(lián)系方式：陶淑鑫，E-mail：zhtaoshuxin@163.com

2014-09-15；接受日期(Accepted)：2014-11-24；網(wǎng)絡(luò)出版日期(Published online)：2015-03-20

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*通信作者(Corresponding author)：吳勞生，E-mail：laowu@zju.edu.cn

URL:http://www.cnki.net/kcms/detail/33.1247.S.20150321.1745.002.html