施用PAM对天津滨海吹填土改良效果的研究

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盐碱土是陆地上广泛分布的一种土壤类型,其不良的理化性状严重限制着其生态利用价值。沿海吹填造地是天津滨海新区缓解人地矛盾的重要方法和途径,由此吹填形成的吹填土理化性质同盐碱土类似,由于长期被海水浸渍,存在含盐量高、物理结构差等问题,给当地的生态绿化带来了严峻挑战。利用土壤改良剂是吹填土改良的重要措施之一。PAM(聚丙烯酰胺,Polyacrylamide)是丙烯酰胺及其衍生物的均聚物和聚合物的总称,用途广泛,被称为“百业助剂”。PAM作为土壤结构改良剂,具有增强土壤颗粒间凝聚力,维持良好土壤结构,增强土壤入渗性能,增加土壤含水量及抑制土壤水分蒸发等作用。本文以天津滨海吹填土为对象,分批研究不同分子量和浓度的PAM以及PAM和石膏混合施用对土壤的改良效果,最终得出适用于天津滨海吹填土的PAM最佳处理,以期为天津滨海新区吹填土绿化改良工作提供一定指导和依据。研究结果如下:PAM能改善吹填土导水性能。通过改善土壤导水性能,PAM能加快吹填土淋洗脱盐的速度。施加了不同浓度,分子量为300万的PAM溶液的处理,其稳定入渗速率为空白对照的1.4~1.8倍,淋洗终点时各处理积累入渗总量为对照的1.3~2.1倍;施加了不同浓度,分子量为1200万的PAM的处理,其稳定入渗速率为空白对照的1.0~3.2倍,终点时积累入渗总量为对照的1.1-4.6倍。不同分子量PAM对吹填土导水性能改善效果最佳浓度均在1.2-1.5%之间。将分子量为300万,600万,800万,1000万,1200万和1400万的PAM按照1.4%的浓度配置成溶液,施用之后各处理的稳定入渗速率为空白对照的1.27~2.08倍,其中分子量为1200万的PAM溶液对吹填土导水性能改善效果最为显著。PAM能降低吹填土土壤容重。对于分子量为1200万的PAM,其施用浓度为0.01%~0.20%范围之内时,土壤容重随着PAM施用浓度的增大而减少,容重降低幅度为0.44%-6.69%,其中施用浓度为0.20%时容重降幅最大,为1.479g/cm3,相比空白对照降低了6.69%。当PAM施用浓度大于0.20%时,土壤容重随着PAM溶液浓度的升高呈升高的趋势,但仍小于空白对照。施用浓度为0.25%,0.30%,0.40%的处理相比对照其容重分别降低了6.12%,5.17%和4.61%。对于不同分子量的PAM,施用后各处理土壤容重由对照的1.578g/cm3降低到1.486~1.512g/cm3,降幅为4.18%-5.89%,平均为5.23%。其中分子量为1200万的PAM处理降幅最大。土壤容重在一定范围内随着施用PAM的分子量的增大而降低,但是当分子量高到一定程度时,其变化程度已不明显,分子量800万,1200万和1400万的处理土壤容重降幅为5.64%-5.89%,差异并不明显。PAM能增强吹填土保水性能。与对照相比,施加PAM不仅可以增加土壤的饱和含水量,而且能有效抑制土壤水分蒸发,效果与PAM溶液施用浓度呈正比。对于分子量为1200万的PAM,在淋洗结束后第0,4,8,14和22d时,PAM浓度为0.30%处理的土壤含水量分别为115.02%,87.35%,80.15%,65.06%和40.44%,分别为空白对照的1.41,1.37,1.46,1.69和2.47倍。PAM之所以能提高土壤保水性能,是由于其能改善吹填土土壤结构,增加土壤团聚体和土壤孔隙度,同时PAM分子自身具有亲水基团能吸附水分子从而减缓土壤水分的散失。PAM和石膏混合施用能抑制淋洗脱盐过程中土壤pH的上升。在经过淋洗脱盐之后,各处理含盐量均降低到1.5%以下。但是各处理土壤pH变化不同,空白对照及石膏单独处理淋洗终点土壤pH分别为9.13和9.09,相比原土升高了9.3%和8.8%,SAR值由原土的15.4升高到129.8和135.1。表明吹填土在淋洗脱盐之后由盐土演变为碱土,同样不利于植物生长。而添加了石膏之后,能抑制吹填土在淋洗脱盐过程中pH的过度上升,当PAM浓度为0.15%,将石膏和土壤的比例分别按照3.5g/kg,7g/kg和14g/kg的方式和PAM溶液混合施用之后,淋洗终点土壤pH值分别为8.58,8.43和8.28,钠吸附比为64.4,26.5和6.2,说明随着石膏施用量增大,吹填土的碱化度呈现降低的趋势。由于CaSO4本身不易溶解,所以可以确定土体中仍含有大量未溶解石膏,其留存在土体内,能缓慢的释放出Ca2+并进一步的交换出土壤胶体中Na+,中和土壤溶液中OH-并抑制HCO3-的产生,虽然在短时间内无法显著降低土壤pH,但能起到预防吹填土发生次生碱化风险的作用。PAM和石膏混合施用能增加土壤团聚体含量。单独施用PAM便能显著提高吹填土水稳性团聚体含量,吹填土中大于0.25mm的水稳性团聚体总量比对照提升了27.2%,大于0.5mm的水稳性团聚体总量比对照提升了60.2%,大于1mm的水稳性团聚体总量较对照提升了82.2%。当PAM与石膏混合施用之后,能进一步提升吹填土土壤团聚体尤其是粒径小于1mm的水稳性团聚体的含量,其中PAM浓度为0.15%,石膏施用量为3.5g/kg,7g/kg和14g/kg的处理大于0.25mm的水稳性团聚体总量比单独施加PAM分别提高了15.2%,20.7%和23.8%,大于0.5mm的水稳性团聚体总量比单独施加PAM分别提高了15.5%,26.1%和26.3%,大于lmm的水稳性团聚体总量较单独施用PAM分别提高了14.3%,26.3%和26.6%。
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