引言
1.1 研究背景和意义
土壤是农业发展的基础，是由固相、液相和气相三相物质组成的分散和多孔聚合体。由于母质不同，成土过程、条件不同，加之人类活动影响，导致土壤呈现多种质地和多种类型，包含非盐渍化及不同程度盐渍化的土壤。据估计，全球不同程度盐渍化的土壤已达到大约九亿五千万公顷，占陆地总面积的 25%，分布在世界各大洲干旱地区，主要集中在欧亚大陆、非洲和北美西部。在我国，盐渍化土壤的面积分布也相当广泛，据有关专家粗略计算，我国盐渍化土壤的总面积约为一亿公顷，其中现代盐渍化土壤的面积所占比例约为37%，残余盐渍化土壤所占比例约为45%，潜在盐渍化土壤所占比例约为 18%。且这些盐渍化土壤主要分布土壤学硕士毕业论文及土壤学实验指导论文于东北、华北、西北内陆地区以及长江以北沿海地带[1-2]。目前，土壤盐渍化不仅是世界性的资源和生态问题而且也是关系到国计民生的重大问题[3-5]。这些盐渍化土壤一旦经过改良和治理将会成为我国粮食生产所需要土地资源的重要来源。因此，大面积的改良利用盐渍化土壤资源是解决新世纪土地资源问题和粮食问题的重要途径，不仅具有重大的经济价值而且对农业生产发展、国土资源治理和生态环境保护等均具有极其重要的意义[6-8]。而 PAM 作为土壤改良剂以其独特的性质近年来在土壤改良、水土流失防治、节水灌溉、农业种植等方面的应用研究一直是一热门课题，研究成果时见报导。
PAM(聚丙烯酰胺，Polyacrylamide 的英文缩写)是一种由多个丙烯酰胺或丙烯酸钠分子聚合而成的水溶性线性高分子化合物，所含丙烯酰胺或丙烯酸钠越多，分子链越长，分子量就越大。20 世纪 70 年代应用的 PAM，分子量一般为数百万；到了 80 年代后，多数 PAM 的分子量大于 1500 万，甚至达到 2000 万。根据分子量可将 PAM 土壤学实验论文分为低分子量（100 万以下）PAM、中分子量（100 万~1000 万）PAM、高分子量（1000 万~1500 万）PAM 以及超分子量（1500 万以上）PAM。通常情况下，分子量越高的 PAM 粘滞系数越大，粘稠度越高，絮凝的分子链越长，活性官能团越多[9]。并且分子量越高的 PAM 所含酰胺基越多，而它的酰胺基能够与许多物质产生亲和，易形成氢键。之所以 PAM 具有良好的水溶性，使得降解、水解、磺甲基化、羟甲基化、氨甲基化、交联等化学反应得以进行，原因在于其分子结构的特性，PAM 易与许多物质产生亲和、吸附，具有显著的絮凝、团聚作用。将 PAM 施于土壤，可增加土壤颗粒间的凝聚力，维系良好的土壤结构，防止土壤表层结皮，改善土壤的水力特性，减少土壤的肥料流失，具有改土、保肥、保水和作物增产的效应，应用价值显为突出[10-11]。从本质上来讲，PAM 之所以具有改土、保水、保肥和作物增产的效应，主要是因为其对土壤结构的改善影响到土壤物理性质和水力特性[12]。
而土壤结构的改善取决于 PAM 在土壤颗粒的吸附、团聚作用，盐渍化土壤中大量Na1+，Ca2+，Mg2+的存在对 PAM 与土壤颗粒之间的相互作用产生较大影响[13]，且大量研究表明，PAM 的作用效应与 PAM 本身特性和土壤类型、质地、施用方法、土壤盐分组成与含量、土壤有机物组成与含量等因素密切相关，而 PAM 本身特性包括其所含分子量和电荷密度[14]。从而，不同分子量的 PAM 势必会在土壤中的吸附行为及土壤物理性质造成不同的影响。目前，PAM 在土壤中吸附行为和土壤物理性质方面的应用基础研究多集中于非盐渍化土壤，并取得了许多有价值的研究成果，而针对盐渍化土壤的研究鲜见报导。故不同分子量 PAM 对盐渍化土壤吸附行为及其物理性质的效应尚不清楚，有待于研究开拓。且这一研究能够为 PAM 在盐渍化土壤地区地面灌溉中的合理应用提供理论基础和技术指标，具有重要的学术和应用价值。
1.2 国内外研究进展
1.2.1 PAM 在土壤吸附行为的研究
吸附是 PAM 在稳定土壤团聚体中起作用的前提，进而影响土壤的物理和水力性特性。前人就 PAM 对土壤吸附做过大量研究，匡丽等（2008）总结指出 PAM 在固体物质上的吸附主要存在以下几种作用：与吸附剂表面间的氢键力、范德华力、表面金属离子(如 Al3+)与 PAM 分子中的富电子基团(如，NH2，—COO-等)间形成配位键以及 PAM 中的—COOH 与吸附剂中的 Al3+间的静电吸引力等。其中，氢键力的作用是 PAM 在固体物质表面上的主要吸附机理，通常发生于粘土矿物表面的“自由羟基”和 PAM 分子链上的氨基基团之间。固体物质吸附 PAM 的量会受到 pH、水解度和温度的影响，且随着它们的增加而降低；同时溶液中钠、钙等离子浓度也影响其吸附量，且随着它们的增加而增加，其中钙离子比钠离子更有效。电解质浓度较低时，PAM 分子主要以链序态吸附，电解质浓度较高时，以链环态、链端态吸附的数量逐渐增多，吸附只限制在固体物质的外表面上[15]。因此，影响 PAM 吸附的数量因素较多，包括土壤的 pH 值、离子组成与含量以及土壤外表面的因素，如粘土类晶团聚体的大小、厚薄和形状。因此，土壤质地、粘土矿物、土壤盐浓度等因素对 PAM 的吸附具有重要作用。Lu et al（2002 )的研究表明施用 PAM 后的效果与土壤的类型有关，随土壤类型不同，其效果亦不同。细小颗粒吸收 PAM 的数量比大颗粒多，因此，PAM 适用于粉沙至粘质土壤，在沙性土上的效果不好[16]。
Lentz(1994) 土壤水力传导度进行了研究，结果显示，经 PAM 处理后，对于结构好的土壤水力传导度随 PAM 质量浓度的增加而增加；对于中等结构的土壤，其水力传导度的增加值要比结构好的土壤大[17]。Lu 等(2002)研究表明在一定盐浓度的范围内粘土矿物对 PAM 的吸附要比土壤的吸附高出几倍，比细砂能够多吸附 10 倍乃至百倍。当溶液中含有相同浓度及相同类型的阳离子时，质地细的粘壤土和粉砂质粘土要比质地粗的壤质砂土和砂土能够吸附更多的 PAM。而随着溶解盐浓度的增加，相同固体物质对 PAM 的吸附量随之增加。具有较高溶解盐的壤质砂土比粉土壤能够吸附更多的 PAM，尽管质地表现为前者比后者的粗。Nal+，K1+，Ca2+和 Mg2+是土壤溶液中的主要阳离子，在其相同浓度的情况下，通过二价阳离子提高 PAM 的吸附比一价阳离子更加有效，并利用 6 种土壤的平均数结果显示可以提高至 28 倍。Lu 等（2002）研究了溶液和土壤质地对 PAM 的吸附影响，结果表明，当溶液中含有相同浓度和相同类型的阳离子时，质地细的粘壤土、粉砂质粘土比质地粗的壤质砂土和砂土能够吸附更多的 PAM。而随着溶解盐的浓度的增加，相同质地土壤对 PAM 的吸附增加。具有较高溶解盐含量的土壤如壤质砂土比粉土壤吸附更多的 PAM，尽管前者的质地比后者粗[16]。
2 试验材料与方法 .................. 10
2.1 试验材料 .............. 10
2.2 试验设计 ............... 11
2.3 试验方法及观测内容 .............. 14
3 PAM 在盐渍化土壤中吸附行为研究............... 16
3.1 中、高分子量 PAM 在盐渍化土壤中吸附最佳液固比的确定 ............ 16
3.2 中、高分子量 PAM 在盐渍化土壤中吸附平衡时间的确定 ............. 22
3.3 中、高分子量 PAM 在盐渍化土壤中吸附等温线的建立 ................ 26
4 中、高分子量 PAM 对盐渍化土壤物理性质的效应研究 ................ 32
4.1 中、高分子量 PAM 对盐渍化土壤饱和含水量的影响 ................ 33
4.2 中、高分子量 PAM 对盐渍化土壤毛管持水量的影响 ............... 37
4.3 中、高分子量 PAM 对盐渍化土壤田间持水量的影响 .............. 41
结论
本文以内蒙古河套灌区盐渍化土壤特点（主要盐分为钠镁氯化物或硫酸盐），开展关于中、高分子量 PAM 对掺盐达到的盐渍化土壤吸附行为及物理性质的影响的一系列室内试验研究，旨在探明非盐、轻度中度及重度盐渍化土壤的吸附最佳液固比、吸附平衡时间及吸附等温线三个指标，同时探明四种土壤的物理性质与两种分子量 PAM 施用量的变化规律，并评估轻度、中度及重度盐渍化土壤施用两种分子量 PAM 在改善土壤物理性质方面的作用效果以及分析不同分子量对吸附行为及物理性质的影响，初步得出以下几点结论：
1. 两种分子量 PAM 在非盐、轻度、中度及重度盐渍化土壤中，随着液固比的增大、吸附时间的延长，土壤充分接触 PAM 吸附的机会增多，导致吸附量迅速增加，但当土壤吸附容量逐渐饱和时，其对 PAM 的吸附量趋于稳定。得到中分子量PAM 在非盐渍化、轻度盐渍化土壤中的最佳液固比是 20:1，吸附平衡时间是 8h；在中度、重度盐渍化土壤中的最佳液固比是 25:1，吸附平衡时间是 6h。
高分子量PAM 在非盐渍化、轻度盐渍化土壤中的最佳液固比是 20:1，吸附平衡时间是 10h；在中度、重度盐渍化土壤中的最佳液固比是 25:1，吸附平衡时间是 8h。
2. 中分子量 PAM 在非盐、轻度、中度及重度盐渍化土壤中达到吸附平衡时间的饱和吸附量分别是 0.68mg g-1、0.74mg g-1、1.04mg g-1和 1.11mg g-1，高分子量PAM 在非盐、轻度、中度及重度盐渍化土壤中达到吸附平衡时间的饱和吸附量分别是 0.63mg/g、0.67mg/g、0.99mg/g 和 1.04mg/g。得到两种分子量 PAM 在这四种土壤中的饱和吸附量呈现出非盐渍化土壤<轻度盐渍化土壤<中度盐渍化土壤<重度盐渍化土壤。且两种分子量在同一类型土壤中饱和吸附量呈现出高分子量<中分子量。
参考文献
1 李海峰，杨劲松.盐渍条件下作物对不同调控措施的响应研究[J].土壤，2002，1:32-35
2 王遵亲，中国盐渍土[M].科学出版社，北京，1993
3 李茜,孙兆军，秦萍.宁夏盐渍地现状及改良措施综述[J].安徽农业科学，2007，35（33）
4 刘俊廷,潘洪捷,彭志帆,马少华等. 河套灌区土壤盐渍化现状及危害研究[J].内蒙古水利，2011,2:138-139
5 刘建红.盐渍地开发治理研究进展[J]. 山西农业科学,2008，36(12):51-53
6 桑以琳.土壤学与农作学[M]. 中国农业出版社,北京，2005:163-164
7 赵可夫.中国盐生植物[M].科技出版社,北京，1999
8 赵明范.世界土壤盐渍化现状及研究趋势[J].世界林业研究，1997（2）：84-86
9 王树芹.阴离子型聚丙烯酰胺相对分子质量和水解度对污泥脱水性能影响的研究[J].环境科学学报，2011，31（8）：1706-1713
10 员学锋, 汪有科, 吴普特, 冯浩. PAM 对土壤物理性状影响的试验研究及机理分析[J]. 水土保持学报, 2005,19(2):37-40