聚丙烯酰胺PAM對土壤保水的應用簡介
發布時間：2019-01-10 瀏覽
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我國是世界水土流失及沙漠化最為嚴重的國家之一。與印度、美國、澳大利亞等國家相比，水土流失及沙漠化非常嚴重。水土流失及沙漠化已經對我國生態壞境及經濟發展造成了嚴重的威脅，尤其在西北地區，沙漠化致使大部分耕地遭到破壞，嚴重制約了當地的經濟發展，加劇了貧困程度。近年來，在工程措施、生物措施、農業措施等水土保持措施的基礎上新興了一種化學措施，即在土壤中添加土壤調理劑聚丙烯酰胺(PAM)以調節土壤結構，增加土壤滲透率，防止土壤結皮形成，減少徑流量，達到防治水土流失，減少土壤侵蝕的目的。目前，美國西部已將PAM作為一項農田水土保持新技術廣泛應用。我國于20世紀80年代開始對PAM進行了研究，目前PAM 的實際應用問題還處在探索階段；但大量的研究表明，PAM應用于水土保持，防治土壤侵蝕的前景廣闊。
土壤入滲和地表徑流是水土保持過程中2個關鍵的因素，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，減少土壤侵蝕，也就維護了土壤的良好結構，必能增加土壤水分人滲，減少地表徑流。
聚丙烯酰胺是一種有機高分子聚合物，是一種良好的土壤結構改良劑，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。
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，由于絮凝作用和對土壤分散顆粒的團聚作用，土壤微團聚體組成發生變化，土壤的沉降系數、結構系數和各級水穩性團聚體總量明顯提高，形成大的團聚體以抵抗雨滴的破壞作用，增強土壤的抗蝕性能，使土壤表面結構和土壤水分高入滲得以維持，增加土壤含水量，阻礙結皮的形成，減少地表徑流量和土壤侵蝕量。
PAM具有水合作用。PAM作為一種高分子聚合物，當與水接觸時，疏水基可因疏水作用而轉向內側，形成不溶于水的粒狀結構，親水基團通過氫鍵與水分子結合形成水合水，在分子的表面形成厚度為0.5-0.6 nm的2-3個水分子層。水合作用使高分子的網束展開，由于網內結構中含有一定數量的親水離子，使三維空間網內外出現離子濃度差，從而造成網狀結構內外產生滲透壓，水分子便在滲透壓的作用下向網內滲透形成網孔水。網內的網孔水都是被高分子網空間束縛的自由水，但被束縛的水分子仍然具有普通水的理化性質，只是水分子的運動受到限制。施用PAM后，土壤因PAM特殊的化學結構，持水能力大大增強，在土壤中形成很多的"小水庫"，當土壤干旱時，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，達到抗旱保墑作用，為作物增產提供條件。PAM在治理水土流失的同時，增加了一定的農業效益，為旱作農業區PAM的應用提供了可行性。
PAM是一種水溶性線性高分子物質，是由多個單體經聚合而形成的，其分子質量可達2500萬以上，陰離子聚丙烯酰胺是水土保持的最優劑型。目前，陰離子型PAM常被用作土壤結構調理劑。
PAM用量不同，減小土壤侵蝕的效果也不同。盡管用量增大，土壤侵蝕量也會大大減小，但其成本也會同時增加。研究表明，并非用量越大，PAM的水土保持效果越好。PAM的用量對減小土壤水分入滲率、減少土壤侵蝕量存在一個閾值。應用中應通過對試驗結果的分析，建立土壤表層施用PAM用量對徑流、土壤侵蝕影響規律的數學模型，以更好地發揮PAM的水土保持效益。
PAM是一種新型高效土壤結構改良劑，可抑制土壤表面結皮，保持良好的土壤結構，增加土壤水分入滲，減少水土流失；但這個結論并非對任何土壤都適用，對于不同類型的土壤，經過PAM 處理后其入滲率可能增加也可能減小。中等結構或結構好的土壤，施用PAM后可提高入滲率，而結構差的土壤施用PAM后反而會降低入滲率 ，因為結構差的土壤，砂粒含量高，缺少可分散的黏粒，經過PAM處理后會引起土壤表面封閉，導致土壤入滲降低、徑流量增加；因此，土壤結構是決定PAM施用效果的關鍵因素。
PAM的應用方法不同，其產生的效果也有很大的不同，關于PAM應用方法的研究較多，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用于溝灌和噴灌。
PAM撒施法：在旱作區，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，發揮其水土保持功效。研究結果表明，將PAM與石膏或土壤混合使用，在旱作農業區為較好的推廣型。
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使用。由于PAM噴灑濃度或噴灑量不同，PAM有時可增加地表徑流，有時則減小地表徑流及土壤侵蝕。由于溶解、噴灑PAM費工費時，PAM噴灑法應用較少。
對于PAM的應用，人們比較關注殘留物是否對環境造成的危害。PAM是一種人工合成的水溶性高分子有機聚合物，多用在造紙、食品加工、水處理等方面。PAM抵抗微生物降解，在土壤中主要通過物理作用降解。PAM對人體、動物、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，對人體神經有毒害作用，但丙烯酰胺可為生物降解，不在土壤中積累。盡管會有少量PAM單體隨PAM的使用而進入土壤，但PAM單體在溫度較高的土壤中會很快降解。如果將PAM產品的丙烯酰胺含量限制到最小，PAM本身對環境并無威脅，可有效地用作土壤結構調理劑。
