影響聚丙烯酰胺在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用因素有以下四點:
1、施用方式及使用量
在干旱地區(qū),土壤結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,降水或灌溉期間易導(dǎo)致土壤板結(jié),造成土壤水分入滲減少和地表徑流增加。
專家認為聚丙烯酰胺用量為0.3-1.2g/m2,相當于3-12kg/hm2,可有效防止土壤侵蝕;當聚丙烯酰胺用量為5、10、20mg/L時,可增加降水入滲,但對不同質(zhì)地的土壤應(yīng)具體分析。
聚丙烯酰胺在低用量時具有較好的凝結(jié)作用,可穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu),可作為土壤穩(wěn)定劑;用量太大,成本提高,造成浪費,甚至有時還會起到反作用。聚丙烯酰胺在土壤中應(yīng)用存在一個閾值,通過對這個閾值的分析,可充分發(fā)揮其保水保土作用。
通常聚丙烯酰胺的施用方法主要有兩種:一是將聚丙烯酰胺隨灌溉水施用,另一種是在地表直接撒施。
對于雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)地區(qū),若將聚丙烯酰胺溶于水噴灑在地表,需要大量的水,操作困難,因此一般情況下選用干灑法。
對沙壤土采用兩種施用方法:一是在施用前將聚丙烯酰胺溶于水,噴灑于土壤,另一種是直接撤施聚丙烯酰胺顆粒,噴灑聚丙烯酰胺可減少泥沙81%,撒施可減少泥沙88%。
對不同形態(tài)聚丙烯酰胺(溶膠態(tài)、溶液與干粉狀)的土壤入滲、侵蝕量進行了研究,結(jié)果表明,3種形態(tài)的聚丙烯酰胺對增加土壤水分入滲,減少土壤侵蝕均有顯著影響,且干粉狀聚丙烯酰胺由于施用效果較好,方法簡便易廣泛推廣。由于聚丙烯酰胺溶解、噴灑等不便,一般很少采用噴灑法。
2、分子量
聚丙烯酰胺是高分子聚合物,在分散土壤細粒間的橋鍵作用和在土壤團粒外表面形成保護網(wǎng)的作用較強。在水土保持方面,高分子量的聚丙烯酰胺比低分子量的效果好,但分子量過高,分子不易在土層中擴散和對流,限制改良土層深度,并容易在土壤表面形成高分子膠結(jié)土壤膜狀薄層,反而減弱土壤的滲透性。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,高分子量聚丙烯酰胺鏈長過長,會在相鄰的黏粒之間形成“搭接橋”,使粘結(jié)作用增強,但鏈長過長則會使水分難以穿透,不能進入土壤團聚體空隙,使施用效果下降,一般選擇中分子量聚丙烯酰胺。同時還需根據(jù)不同土質(zhì)選擇適宜分子量的聚丙烯酰胺。一般來說,砂土通常選擇高分子量的聚丙烯酰胺(18mg/mol),而質(zhì)地較密實的壤土可以選擇分子量較低的聚丙烯酰胺(6mg/mol)。同時還應(yīng)注意到在分子量相同的情況下,高離子度能引起聚合物分子間相互排斥,降低土粒對其的吸收程度,因此一般采用的離子度是20%-30%。
3、土壤質(zhì)地
土壤類型不同,施用聚丙烯酰胺的效果也不同。小顆粒的土壤吸收的聚丙烯酰胺量比大顆粒多,故聚丙烯酰胺適用于粉沙至黏質(zhì)土壤,在沙性土上的效果不好,結(jié)構(gòu)差的土壤缺少分散的黏粒,聚丙烯酰胺起著絮凝作用,但在絮凝泥沙同時,長鏈尾部堵塞了土壤的傳導(dǎo)空隙,而在土壤表面形成結(jié)皮,降低入滲。施用聚丙烯酰胺,對于結(jié)構(gòu)好的土壤其水力傳導(dǎo)度隨聚丙烯酰胺質(zhì)量濃度的增加而增加,持水能力、孔隙度也均有很大程度的提高;對于中等結(jié)構(gòu)的土壤,其水力傳導(dǎo)度的增加值要比結(jié)構(gòu)好的土壤大。
通過對黃土高原主要類型土壤的保水作用進行試驗,結(jié)果表明,在一定量范圍內(nèi),聚丙烯酰胺可以提高不同類型土壤的持水和導(dǎo)水性能,并且減少了土壤水分蒸發(fā)。故在實際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)土壤類型選用聚丙烯酰胺,否則可能與預(yù)期效果大相徑庭。
4、與其他物質(zhì)的復(fù)合作用
土壤因表面具有負電性而產(chǎn)生靜電排斥,陰離子聚合物分子在負電性的分散土粒表面難于吸附,改良土壤的作用不明顯,多價金屬陽離子在兩者之間形成橋狀化學(xué)鍵,促進了陰離子聚合物分子的吸附。在土壤中陽離子含量比較低時,單獨施用聚丙烯酰胺,不僅土壤表面吸附的聚丙烯酰胺量較少,而且形成的聚丙烯酰胺分子鏈較長,長分子鏈堵塞了土壤顆粒間的孔隙,只有較少的水分入滲。土壤中的多價陽離子可以分別結(jié)合土壤顆粒表面的陰離子和聚丙烯酰胺的負相,形成陽離子橋,促進了陰離子聚合物分子的吸附。而且由于多價陽離子的存在,使得形成的聚丙烯酰胺鏈比較短,既可以增加水分人滲,又能夠穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu),減少土壤流失。
聚丙烯酰胺與石膏結(jié)合、聚丙烯酰胺與黃綿土混合以及PAM-atta復(fù)合保水劑不但在水土保持方面作用可靠,在防止土壤結(jié)皮及增加入滲方面效果顯著,對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也起到很大幫助,同時,PAM-atta復(fù)合保水劑還克服了一般保水劑耐鹽性差、成本高等不理想因素,因此,開發(fā)新型聚丙烯酰胺具有廣闊前景。