周晓乐，谷健，马宁宁

（1.辽宁省水土保持局，辽宁沈阳110003；2.中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁沈阳100072）

抗蚀降解液膜保土性能分析

周晓乐1，谷健2，马宁宁2

（1.辽宁省水土保持局，辽宁沈阳110003；2.中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁沈阳100072）

该研究是针对于降雨条件下水土保持型可降解液膜的作用机理的探索，水土保持型可降解液膜是一种以有机高分子为主要材料合成的新型保水保土覆盖产品。该产品喷施于土壤地表并经固化定型后，将使土壤表面颗粒粘结在一起，进而达到封闭和固定表土和保水的作用。以实现在不对生态环境产生污染的基础上提高林草成活率和生态固埂的长效性，为水土流失易发区综合治理提供一项新的环境友好型化学措施，并推动我国的生态文明建设的进程。

水土保持；抗蚀降解液膜；人工降雨

该研究所采用的水土保持型抗蚀降解液膜是一种以有机高分子为主要材料合成的新型保水保土覆盖产品，主要成分为聚乙烯醇、硅溶胶、木钙、羟甲基纤维素钠、腐植酸、交联剂、消泡剂、甘油等。该产品喷施于土壤地表并经固化定型后，将土壤表面颗粒粘结在一起，进而达到封闭和固定表土和保水的作用。同时，土壤施用该液膜后，还可以有效增加土壤地温、保持土壤湿度，提高作物出苗率和成活率，有利于作物生长发育，涵养水源，保持水土，并有效减缓风、雨、水对土壤的冲刷，从而减轻水土流失量和强度，而且这种水土保持型抗蚀降解液膜具有成膜效果好、使用成本低、操作简单等的特点，并且在土壤微生物的作用下可以自行降解形成碳水化合物，不会对土壤产生任何有害残留，但该产品作用在水土保持方面作用效果的研究报道较少。所以研究水土保持型抗蚀型降解液体地膜在人工降雨条件下的作用机理和保土效果，是建立抗蚀降解液态地膜水土保持应用技术模式的基础，也可为以后在水土保持、生态保护等行业的大范围应用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

该研究采用室内模拟降雨和室外径流小区模拟降雨2种方法，室内模拟降雨地点在沈阳农业大学水利综合试验基地的室内人工模拟降雨试验大厅进行。试验所用材料采自辽宁省沈阳市东陵区天柱山脚下，取表层30 cm的棕壤土。试验所用土槽为双土槽，尺寸规格为3.0 m×1.5 m×0.8 m。试验采用人工模拟降雨喷头为下喷旋转喷射式喷头，高9 m，以120°的角度伞状喷出。填装土槽时先用20 cm细沙铺垫土槽底部并压实，并在细沙上面覆盖1层铁丝网，再铺垫试验土样。设计土样分层填装，先填装10 cm，剩余10 cm分2层填装，每层5 cm；每次填装上层之前抓毛下层土壤表面，防止土壤出现分层现象，并压实土槽四周的槽壁边缘，防止雨滴击溅提前产生细沟侵蚀。

室外径流小区位于沈阳农业大学科研实验基地，坡面径流场水平投影长4 m，宽为1.5 m，四周边埂采用砖砌，并用水泥抹面。径流小区底端设置簸箕型集水槽，并用接样桶采集坡面径流。试验小区坡面朝向为西，坡度设计为8°。小区在上一年的秋末霜冻前进行布设，使坡面土壤状况接近天然状态。土壤及降雨装置与室内人工模拟降雨实验一致。

1.2 实验设计

室内试验设喷施降解液态膜、喷施清水2个处理，考虑到辽宁地区坡耕地的坡度集中在8°左右，试验坡度设为10°，雨强设为70 mm/h，降雨历时30 min。降雨前调节土槽坡度，备好径流取样的小桶和大桶。开始降雨并记录时间，当坡面开始产流后记录产流时间，用小桶接径流样，前10 min每1 min取样1次，10～20 min每5 min取样1次。采用称重法测定径流量和含沙量。在试验结束后，在土壤表层0～10 cm，10～20 cm分别取样，测定水稳性团聚体含量。

室外试验设喷施降解液态膜、喷施等量清水两个处理，于无风天或微风天进行降雨，减少风速对降雨均匀度的影响。降雨装置与室内模拟试验相同，雨强设为70 mm/h。试验用雨量计测定降雨量。坡面产流产沙量测定：坡面产生径流时，用秒表记录产流时间，用集流桶每1 min接取一个水沙样，直至降雨结束；观察并记录跌坎、细沟产生的时间及位置，记录每场降雨后侵蚀沟的沟深、沟长变化；将收集的径流泥沙样静置72 h，待泥沙沉淀后滤出泥沙，同时用量筒测量水体积；把滤出沙样放到盒内，置于烘干箱内在105℃烘干8～12 h。烘干后的泥沙样品称重测定产沙量。试验结束1个月后，环刀法取土，用湿筛法测定土壤水稳团粒结构。

2 结果与分析

2.1 室内模拟降雨实验防治水土流失效应分析

试验的初始产流时间与径流量结果见表1。由表1可以看出，与对照处理（喷等量清水）相比，喷施液膜后的初始降雨产流时间显著增长。从径流量上来看，与对照相比，喷施液膜的径流量显著降低。

表1 不同处理对初始产流时间和径流量的影响

试验的径流量与降雨时间的关系见图1。由图中可以看出，随着产流过程的发生，喷施液膜的径流量均比对照要小，说明喷施液膜后，液膜与土壤表层形成的“土—膜”结构可以有效的拦截降雨，提高降雨的入渗率，从而使径流量减少。

为进一步定量分析径流量与降雨时间之间的关系，研究以径流量为因变量，以降雨时间为自变量，进行相关分析。得到的线性回归方程如下：

喷施液膜处理：

对照处理：

式中：Y为径流量，kg；X为降雨时间，min；R为相关系数。

结果显示，从方程的相关系数R2来看，线性回归方程的回归效果较好。

由此可见，人工降雨模拟试验条件下，随着降雨历时的发生，喷施液膜比对照可以显著降低径流量。

不同处理的土壤水稳性团聚体测定结果见表2。由表2可以看出，无论是0～10 cm，还是10～20 cm土层，喷施抗蚀液态地膜＞0.25 mm的水稳性团聚体含量均显著大于对照；从土壤团聚体平均质量直径（MWD）指标来看，喷施抗蚀液膜的处理均大于对照，且喷施抗蚀液膜的表层0～10 cm土层达到最大。团聚体稳定性是土壤结构的关键性指标，一般以大于0.25 mm水稳性团聚体含量作为土壤抗蚀性的指标，且MWD越大，土壤团聚体稳定性越强，由此可见，喷施抗蚀液膜的土壤大于0.25 mm的土壤水稳性团聚体含量大，且表层0～10 cm的MWD最大，表明喷施抗蚀液膜的土壤结构稳定。

表2 不同处理对土壤水稳性团聚体的影响

试验的土壤侵蚀量与降雨时间的关系见图1。可以看出，开始产流的5 min内，喷施液膜与对照的土壤侵蚀量相差不大，喷施液膜的侵蚀量要略小于对照；随着产流时间的增加，在5～20 min时间内，喷施液膜的侵蚀量要显著低于对照；随着降雨的增加，喷施液膜与对照的侵蚀量开始接近，但对照要大于喷施液膜处理。分析原因，开始产流时，喷施清水的对照土壤表层也有一定的拦截作用，因而与喷施液膜处理侵蚀量相差不大；随着产流时间的增加，对照的土壤“保护层”被径流破坏，而液膜形成的“土壤—液膜”结构稳定，导致对照的侵蚀量越来越大，而喷施液膜的侵蚀量较小；但随着降水量的增加，“土壤—液膜”结构开始出现一些破损缝隙，使土壤被径流带走，使喷施液膜处理的侵蚀量开始接近对照。

图1 土壤侵蚀量与降雨时间的关系

为进一步定量分析土壤侵蚀量与降雨时间之间的关系，同样以土壤侵蚀量为因变量，以降雨时间为自变量，进行相关分析。得到的线性回归方程如下：

喷施液膜处理：

对照处理：

式中：Y为土壤侵蚀量，g；X为降雨时间，min；R为相关系数。

结果显示，从方程的决定系数R2来看，线性回归方程的回归效果较好。

由此可见，人工降雨模拟试验条件下，随着降雨历时的发生，喷施液膜比对照可以显著降低土壤侵蚀量。

2.2 室外径流小区模拟实验防治水土流失效果分析

喷施液膜的地块初始产流时间为68 min，径流量为8.26 kg，对照地块初始产流时间为54.5 min，径流量为16.83 kg。可以看出，与对照处理相比，喷施液膜后的初始降雨产流时间略微增长，这与室内人工模拟降雨试验结果有差别。从径流量上来看，与对照相比，喷施液膜的径流量显著降低，大约为对照的一半。

试验的径流量与降雨时间的关系，见图2。由图中可以看出，随着产流过程的发生，喷施液膜的径流量均比对照要小。说明喷施液膜后，液膜与土壤表层形成的“土—膜”结构可以有效的拦截降雨，提高降雨的入渗率，从而使径流量减少。

为进一步定量分析径流量与降雨时间之间的关系，以径流量为因变量，以降雨时间为自变量，进行相关分析。得到的线性回归方程如下：

喷施液膜处理：

对照处理：

图2 径流量与产流历时的关系

式中：Y为径流量，kg；X为降雨时间，min；R为相关系数。

结果显示，从方程的决定系数R2来看，线性回归方程的回归效果较好。

由此可见，人工降雨模拟试验条件下，随着产流历时的发生，喷施液膜能够达到很好的减流效果。

土壤团聚体是土壤养分的贮存库和各种土壤微生物的生境。团聚体发达的土壤，其结构就好，大孔隙丰富，通气透水性能良好，为根系的伸展和保持根系活力创造适宜的条件，从而有利于养分的保持和供应。一般把大于0.25 mm的团聚体称为土壤团粒结构体。团粒结构是土壤中最好的结构体，其数量与土壤的肥力状况呈正相关。因此研究采用大于0.25 mm团聚体来说明土壤团聚体的数量变化。

采用湿筛法测定土壤水稳性团聚体，不同处理的土壤水稳性团聚体测定结果见表3。由表3可以看出，无论是0～10 cm，还是10～20 cm土层，喷施抗蚀液态地膜大于0.25 mm的水稳性团聚体含量均显著大于对照；从土壤团聚体平均质量直径（MWD）指标来看，喷施抗蚀液膜的处理均大于对照，且喷施抗蚀液膜的表层0～10 cm土层达到最大，表明喷施抗蚀液膜可以提高土壤水稳性团聚体含量。

表3 不同处理对土壤水稳性团聚体的影响

喷施液膜处理的地块土壤侵蚀量1.26 kg，未喷施液膜处理的对照地块土壤侵蚀量1.50 kg，可以看出，与对照相比，喷施液膜的土壤侵蚀量比对照降低了16%，表明喷施液膜都能有效减少土壤侵蚀量。

该试验的土壤侵蚀量与产流历时的关系见图3。由图中可以看出，开始产流的10 min，喷施液膜与对照的土壤侵蚀量相差不大，喷施液膜的侵蚀量小于对照；随着产流时间的增加，在10～30 min时间时，喷施液膜的侵蚀量要显著低于对照。

图3 土壤侵蚀量与产流历时的关系

为进一步定量分析土壤侵蚀量与产流历时之间的关系，以土壤侵蚀量为因变量，以产流历时为自变量，进行相关分析。得到的线性回归方程如下：

喷施液膜处理：

对照处理：

式中：Y为土壤侵蚀量，g；X为产流历时，min；R为相关系数。

结果显示，从方程的决定系数R2来看，线性回归方程的回归效果较好。

由此可见，径流小区模拟降雨试验条件下，随着产流历时的发生，喷施液膜比对照可以显著降低土壤侵蚀量。

3 结论

通过人工模拟降雨实验研究，无论在室内还是室外，喷施抗蚀性降解液膜可有效缩短产流时间，提高土壤水稳性团聚体的稳定性，在降低径流量的同时，有效减少土壤侵蚀量，对控制水土流失有积极作用。如果在水土流失易发地区的坡耕地和整地造林等水土保持工程上推广应用抗蚀降解液态地膜，可在消除“白色污染”的同时，显著提高苗木成活率，固持水土，保障水土保持工程措施的长效性，提高林草覆盖率。

S157

B

1002－0624（2017）03－0051－03

2016-05-16