Effects of Dry Scattering PAM on the Erosion Sediments of Loess Soil Engineering Accumulation

doi:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0165

Abstract

Abstract:

To explore the suitable amount of dry scattering PAM (polyacrylamide) to reduce the erosion sediments and maintain the stability of engineering accumulation, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0 and 2.5 g/m² of PAM were dry scattered on the surface of conical loess soil engineering accumulation in the loess hilly-gully region and with no PAM as the control (CK). The effects of PAM on surface runoff, erosion sediments, rill development and soil moisture of loess soil engineering accumulation were monitored under natural rainfall conditions. The results showed that the runoff, runoff frequency and runoff coefficient of different treatments decreased first and then increased with the increase of PAM dry scattering amount. The values were the lowest when the PAM dry scattering amount was at 1.0 g/m², and were the highest when PAM dry scattering amount was at 2.5 g/m². The erosion sediments, rill erosion sediments and rill erosion coefficient decreased with the increase of PAM dry scattering amount. When PAM dry scattered at 1.5, 2.0 and 2.5 g/m², the erosion sediments, rill erosion sediments and rill erosion coefficient were significantly lower than that of CK and PAM dry scattering amount of 0.5 and 1.0 g/m². When PAM dry scattered at 1.0 g/m², the soil moisture of engineering accumulation was the highest, and when PAM dry scattered at 2.5 g/m², the soil moisture was the lowest. When PAM dry scattering amount reaches 1.5 g/m², PAM promoted the formation of runoff, reduced the erosion sediments and rill erosion coefficient, and reduced the soil moisture of loess soil engineering accumulation. To sum up, in order to reduce the erosion sediments and maintain the stability of loess soil engineering accumulation, the dry scattering amount of PAM should be about 2.0 g/m².

Key words: PAM, engineering accumulation, run off, erosion sediment, soil moisture

LUO Dong, ZOU Chaoyu, BAI Gangshuan. Effects of Dry Scattering PAM on the Erosion Sediments of Loess Soil Engineering Accumulation[J]. Journal of Agriculture, 2024, 14(8): 30-37.

Figures/Tables 7

References 50

[1]	李晶晶, 邹超煜, 白岗栓. 聚丙烯酰胺对坡地苹果园水土流失和土壤养分流失的影响[J]. 应用生态学报, 2016, 27(9):2991-2999. doi: 10.13287/j.1001-9332.201609.021
[2]	赵护兵, 刘国彬, 曹清玉. 黄土丘陵沟壑区不同植被类型的水土保持功能及养分流失效应[J]. 中国水土保持科学, 2008, 6(2):43-48.
[3]	张舒婷, 王晓慧, 彭道黎, 等. 黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖度变化监测[J]. 浙江农林大学学报, 2020, 37(6):1045-1053.
[4]	张翔, 高照良, 卢茜. 土堆积体坡面细沟形态及其沿程分布特征[J]. 水土保持研究, 2019, 26(5):53-59.
[5]	杨帅, 李永红, 高照良, 等. 黄土堆积体植物篱减沙效益与泥沙颗粒分形特征研究[J]. 农业机械学报, 2017, 48(8):270-278.
[6]	陈卓, 高照良, 李永红, 等. 2种扰动土壤工程堆积体坡面泥沙运移特征比对研究[J]. 水土保持学报, 2020, 34(1):34-40.
[7]	康宏亮, 王文龙, 薛智德, 等. 北方风沙区砾石对堆积体坡面径流及侵蚀特征的影响[J]. 农业工程学报, 2016, 32(3):125-134
[8]	张志华, 聂文婷, 许文盛, 等. 不同水土保持临时措施下工程堆积体坡面减流减沙效应[J]. 农业工程学报, 2022, 38(1):141-150.
[9]	赵满, 王文龙, 郭明明, 等. 不同砾石含量塿土堆积体坡面侵蚀特征研究[J]. 土壤学报, 2020, 57(5):1166-1176.
[10]	史东梅, 蒋光毅, 彭旭东, 等. 不同土石比的工程堆积体边坡径流侵蚀过程[J]. 农业工程学报, 2015, 31(17):152-161.
[11]	李建明, 牛俊, 王文龙, 等. 不同土质工程堆积体径流产沙差异[J]. 农业工程学报, 2016, 32(14):187-194.
[12]	沙小燕, 王文龙, 娄义宝, 等. 不同土体类型工程堆积体坡面径流侵蚀动力差异[J]. 自然灾害学报, 2022, 31(6):191-199.
[13]	张文博, 吕佼容, 谢永生, 等. 不同形态工程堆积体产流产沙对比研究[J]. 水土保持学报, 2020, 34(3):50-54.
[14]	娄永才, 高照良, 李永红, 等. 不同上方来水模式下工程堆积体坡面的植被调控[J]. 农业工程学报, 2019, 35(24):144-153.
[15]	张乐涛, 高照良, 田红卫. 工程堆积体陡坡坡面土壤侵蚀水动力学过程[J]. 农业工程学报, 2013, 29(24):94-102.
[16]	张乐涛, 高照良, 李永红, 等. 黄土丘陵区堆积体边坡对上方来水的侵蚀响应[J]. 水科学进展, 2015, 26(6):811-819.
[17]	牛耀彬, 吴旭, 高照良, 等. 降雨和上方来水条件下工程堆积体坡面土壤侵蚀特征[J]. 农业工程学报, 2020, 36(8):69-77.
[18]	杜捷, 高照良, 王凯. 布设植物篱条件下工程堆积体坡面产流产沙过程研究[J]. 水土保持学报, 2016, 30(2):102-106.
[19]	周涛, 苏正安, 刘刚才, 等. 工程堆积体典型生态修复措施对土壤侵蚀水动力过程的影响[J]. 农业工程学报 2022, 38(9):91-100.
[20]	杨树云, 张铁钢, 张展, 等. 工程堆积体坡面不同植被格局的控蚀效果研究[J]. 水土保持学报, 2022, 36(4):121-127.
[21]	SOJKA R E, BJORNEBERG D L, ENTRY J A, et al. Polyacrylamide in agriculture and environmental land management[J]. Advances in agronomy, 2007, 92:75-162.
[22]	NADLER A, PERFECT E, KAY B D. Effect of polyacrylamide application on the stability of dry and wet aggregates[J]. Soil science society of America journal, 1996, 60(2):555-561.
[23]	BEN-HUR M, KEREN R. Polymer effects on water infiltration and soil aggregation[J]. Soil science society of America journal, 1997, 61(2):565-570.
[24]	SIRJACOBS D, SHAINBERG I, RAPP I, et al. Polyacrylamide, sediments, and interrupted flow effects on rill erosion and intake rate[J]. Soil science society of America journal, 2000, 64(4):1487-1495.
[25]	KRISTIAN A J, BJORNGBERG D L, SOJKA R E. Sprinkler irrigation runoff and erosion control with polyacrylamide-laboratory tests[J]. Soil science society of America journal, 1998, 62(6):1681-1687.
[26]	陈渠昌, 雷廷武, 李瑞平. PAM对坡地降雨径流入渗和水力侵蚀的影响研究[J]. 水利学报, 2006, 37(11):1290-1296.
[27]	白岗栓, 罗东, 苗庆丰, 等. PAM喷施量与施用方式对风沙土风蚀的影响[J]. 农业工程学报, 2020, 36(10):90-98.
[28]	GREEN V S, STOTT D E, NORTON L D, et al. Polyacrylamide molecular weight and charge effects on infiltration under simulated rainfall[J]. Soil science society of America journal, 2000, 64(5):1786-1791.
[29]	BARVENIK F W. Polyacrylamide characteristics related to soil applications[J]. Soil Science, 1994, 158(4):235-243.
[30]	于健, 雷廷武, SHAINBERG I, 等. 不同PAM施用方法对土壤入渗和侵蚀的影响[J]. 农业工程学报, 2010, 26(7):38-44.
[31]	LENTZ R D, SHAINBERG I, SOJKA R E, et al. Preventing irrigation furrow erosion with small applications of polymers[J]. Soil science society of America journal, 1992, 56(6):1926-1932.
[32]	LEVY G J, LEVIN J, GAL M, et al. Polymers effects on infiltration and soil erosion during consecutive simulated sprinkler irrigations[J]. Soil science society of America journal, 1992, 56(3):902-907.
[33]	BEN-HUR M. Runoff, erosion, and polymer application in moving-sprinkler irrigation[J]. Soil science, 1994, 158(4):283-290.
[34]	LENTZ R D, SOJKA R E. Field results using polyacrylamide to manage furrow erosion and infiltration[J]. Soil science, 1994, 158(4):274-282.
[35]	陈渠昌, 江培福, 雷廷武, 等. 利用PAM防治松散扰动沙土风蚀效果的风洞试验研究[J]. 农业工程学报, 2006, 22(10):7-11.
[36]	李元元, 王占礼. 聚丙烯酰胺(PAM)防治土壤风蚀的研究进展[J]. 应用生态学报, 2016, 27(3):1002-1008. doi: 10.13287/j.1001-9332.201603.030
[37]	李晓芸. 堆积体边坡稳定性研究[J]. 金属矿山, 2012(5):17-20.
[38]	杨校辉, 陈昆全, 刁显锋, 等. 地震与降雨耦合作用下堆积体滑坡模型试验及稳定性研究[J]. 岩土工程学报, 2022, 44(Sup.1):58-62.
[39]	翟淑花, 于家烁, 齐干, 等. 降雨入渗条件下堆积体边坡致灾因子试验分析[J]. 地质科技通报, 2023, 42(3):9-15.
[40]	王颢霖, 焦菊英, 唐柄哲, 等. 陕北子洲“7·26”暴雨后坡耕地细沟侵蚀及其影响因素分析[J]. 农业工程学报, 2019, 35(11):122-130.
[41]	郑粉莉. 细沟侵蚀量测算方法的探讨[J]. 水土保持通报, 1989, 9(4):41-45,49.
[42]	韩凤朋, 郑纪勇, 李占斌, 等. PAM对土壤物理性状以及水分分布的影响[J]. 农业工程学报, 2010, 26(4):70-74.
[43]	白岗栓, 邹超煜, 杜社妮, 等. 聚丙烯酰胺对干旱半干旱区不同作物水分利用及产值的影响[J]. 农业工程学报, 2015, 31(23):101-110.
[44]	肖玉辉. 垄茶松散堆积体边坡加固防护技术研究[J]. 公路工程, 2014, 39(3):112-115,119.
[45]	郭红霞. 松散堆积体边坡防排水技术研究[J]. 中外公路, 2010, 30(5):63-66.
[46]	甘凤玲, 何丙辉, 王涛. 汶川震区滑坡堆积体降雨入渗产流特征人工模拟实验研究[J]. 水利学报, 2016, 47(6):780-788.
[47]	LENTZ R D, KINCAID D C. Polyacrylamide treatments for reducing seepage in soil-lined reservoirs: a field evaluation[J]. American society of agricultural and biological engineers, 2008, 51(2):535-544.
[48]	STORY B T, URYNOWICZ M A, VANCE G F. Field demonstration of polyacrylamide in an unlined irrigation canal[J]. Journal of irrigation and drainage engineering, 2013, 139(5):399-404.
[49]	KANG J, MCCALEB M M, MCLAUGHLIN R A. Check dam and polyacrylamide performance under simulated stormwater runoff[J]. Journal of environmental management, 2013, 129:593-598. doi: 10.1016/j.jenvman.2013.08.023 pmid: 24036092
[50]	WESTON D P, LENTZ R D, CAHN M D, et al. Toxicity of anionic polyacrylamide formulations when used for erosion control in agriculture[J]. Journal of environmental quality, 2009, 38(1):238-247. doi: 10.2134/jeq2008.0109 pmid: 19141814

土壤容重/ (g/cm³)	pH	有机质 /(g/kg)	土壤孔隙度/%				土壤颗粒组成/%					持水与供水性能/%
土壤容重/ (g/cm³)	pH	有机质 /(g/kg)	总孔隙度	毛管孔隙度	非毛管孔隙度		细砂粒 0.02~2 mm	粉粒 0.002~0.02 mm	粘粒 <0.002 mm	物理性粘粒 <0.01 mm		田间持水量	凋萎系数
1.10	7.8	6.8	56.4	45.2	11.2		62.58	25.19	12.23	22.25		22.1	6.18

土壤容重/ (g/cm³)	pH	有机质 /(g/kg)	土壤孔隙度/%				土壤颗粒组成/%					持水与供水性能/%
土壤容重/ (g/cm³)	pH	有机质 /(g/kg)	总孔隙度	毛管孔隙度	非毛管孔隙度		细砂粒 0.02~2 mm	粉粒 0.002~0.02 mm	粘粒 <0.002 mm	物理性粘粒 <0.01 mm		田间持水量	凋萎系数
1.10	7.8	6.8	56.4	45.2	11.2		62.58	25.19	12.23	22.25		22.1	6.18

监测项目	降水特征与处理	6月	7月	8月	9月	小计
降水特征	降水次数	5.0	8.0	11.0	12.0	36.0
	最大降水量	21.6	37.4	38.6	24.2	-
	最大降水强度/(mm/60 min)	11.1	14.3	17.2	8.4	-
	<5.0 mm的降水次数	1.0	1.0	2.0	2.0	6.0
	>20.0 mm的降水次数	1.0	2.0	4.0	1.0	8.0
	月降水量	65.2	102.5	113.7	124.8	406.2
产流次数	CK	3.3±1.0bB	6.3±1.0bA	9.7±2.0aA	10.3±2.0aA	29.6±2.0aAB
	PAM0.5	2.7±1.0cC	5.3±1.0cB	9.0±1.0bA	10.0±1.0aA	27.0±1.0bB
	PAM1.0	1.7±1.0dD	3.3±1.0dC	8.7±1.0bA	10.0±1.0aA	23.7±1.0cC
	PAM1.5	4.0±1.0aA	6.7±1.0aA	9.7±1.0aA	10.3±1.0aA	30.7±1.0aA
	PAM2.0	4.0±1.0aA	6.7±1.0aA	9.7±1.0aA	10.3±1.0aA	30.7±1.0aA
	PAM2.5	4.0±1.0aA	6.7±1.0aA	9.7±1.0aA	10.3±1.0aA	30.7±1.0aA

监测项目	降水特征与处理	6月	7月	8月	9月	小计
降水特征	降水次数	5.0	8.0	11.0	12.0	36.0
	最大降水量	21.6	37.4	38.6	24.2	-
	最大降水强度/(mm/60 min)	11.1	14.3	17.2	8.4	-
	<5.0 mm的降水次数	1.0	1.0	2.0	2.0	6.0
	>20.0 mm的降水次数	1.0	2.0	4.0	1.0	8.0
	月降水量	65.2	102.5	113.7	124.8	406.2
产流次数	CK	3.3±1.0bB	6.3±1.0bA	9.7±2.0aA	10.3±2.0aA	29.6±2.0aAB
	PAM0.5	2.7±1.0cC	5.3±1.0cB	9.0±1.0bA	10.0±1.0aA	27.0±1.0bB
	PAM1.0	1.7±1.0dD	3.3±1.0dC	8.7±1.0bA	10.0±1.0aA	23.7±1.0cC
	PAM1.5	4.0±1.0aA	6.7±1.0aA	9.7±1.0aA	10.3±1.0aA	30.7±1.0aA
	PAM2.0	4.0±1.0aA	6.7±1.0aA	9.7±1.0aA	10.3±1.0aA	30.7±1.0aA
	PAM2.5	4.0±1.0aA	6.7±1.0aA	9.7±1.0aA	10.3±1.0aA	30.7±1.0aA

监测项目	处理	6月	7月	8月	9月	小计	径流系数
径流量/mm	CK	8.6±1.34dC	17.4±2.94cB	23.9±2.14cC	31.6±2.15cC	81.5±2.94cC	0.20±0.007dC
	PAM0.5	6.8±1.19eD	15.3±2.43dC	21.7±1.98dCD	29.8±1.97cdC	73.6±2.43dCD	0.18±0.006eCD
	PAM1.0	4.6±1.15fE	14.6±2.32dC	20.8±1.88dD	28.4±1.68dC	68.4±2.32eD	0.17±0.006fD
	PAM1.5	9.8±1.26cB	19.7±2.86bB	31.4±2.54bB	38.9±2.24bB	99.8±2.86bB	0.25±0.007cB
	PAM2.0	13.4±1.46bA	26.5±2.98aA	36.7±2.77aA	44.6±2.32aA	121.2±2.98aA	0.30±0.007bA
	PAM2.5	14.8±1.54aA	27.8±3.15aA	38.2±2.84aA	47.5±2.42aA	128.3±3.15aA	0.32±0.008aA
侵蚀泥沙量/(t/km²)	CK	767.5±78.6aA	968.5±99.6aA	1189.3±96.5aA	687.5±54.6aA	3612.8±99.6aA	-
	PAM0.5	545.6±55.6bB	714.7±71.4bB	813.4±75.8bB	568.7±43.3bB	2642.4±75.8bB	-
	PAM1.0	343.5±32.7cC	458.9±46.7cC	567.4±48.4cC	434.6±35.8cC	1804.4±48.4cC	-
	PAM1.5	232.4±21.6dD	278.6±27.4dD	298.5±26.4dD	303.5±26.4dD	1113.0±27.4dD	-
	PAM2.0	168.4±15.8eE	225.4±21.3eE	242.3±21.5eE	253.4±22.3eE	889.5±22.3eE	-
	PAM2.5	152.4±14.6fE	214.6±20.1eE	235.6±21.2eE	243.6±22.1eE	846.2±22.1eE	-