全 文 ：聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）防治土壤风蚀的研究进展
李元元１　 王占礼１，２∗
（ １西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室， 陕西杨凌 ７１２１００； ２中国科学院水利部水土保持研究
所， 陕西杨凌 ７１２１００）
摘　 要　 在我国西北地区，风蚀是造成土地退化的主要影响因素之一．聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）是
一种高效的土壤结构改良剂．因其具有特殊的物理化学性质，可以与土壤作用而改善土壤表
层结构，近年来一直受到人们的广泛关注．本文介绍了 ＰＡＭ 的物理化学性质，详细论述了
ＰＡＭ对土壤风蚀量、起动风速的影响，及 ＰＡＭ在风蚀防治中的不同使用量、使用方法和效果，
及其与其他材料的对比，并通过 ＰＡＭ对土壤物理性质的改善进一步分析 ＰＡＭ防治风蚀的机
理．综合分析得出，虽然 ＰＡＭ在风蚀防治中存在一些问题，但作为一种固沙剂，它不仅能提高
土壤抗风蚀的能力，而且也能改善土壤的物理性状，可为植物生长创造良好的水土条件；提出
若在风蚀治理和改良城市环境中将 ＰＡＭ与植物种植相结合，将能大大提高植物的成活率、改
善风蚀区的风蚀状况和生态环境工程建设的质量．因此，ＰＡＭ 在防治风蚀方面具有重要的现
实意义和广阔的应用前景．
关键词　 聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）； 风蚀防治； 防治机理
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ （ＰＡＭ ） ． ＬＩ Ｙｕａｎ⁃ｙｕａｎ１，
ＷＡＮＧ Ｚｈａｎ⁃ｌｉ１，２∗ （ １Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｅｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒｙｌａｎｄ Ｆａｒｍｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａ⁃
ｔｅａｕ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ａ＆Ｆ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００，
Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ； ２Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｍｉｎｉｓ⁃
ｔｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｙａｎｇｌｉｎｇ ７１２１００， Ｓｈａａｎｘｉ， Ｃｈｉｎａ） ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｏｉｌ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ｓｏｉｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ
Ｃｈｉｎａ． Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ （ＰＡＭ）， ａｓ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｏｉｌ ａｍｅｎｄｍｅｎｔ， ｈａｓ ｇａｉｎｅｄ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｉｎ
ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｏｉｌ ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ
ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＰＡＭ， ｒｅ⁃
ｖｉｅｗｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＰＡＭ ｏｎ ｓｏｉｌ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ＰＡＭ ｉｎ ｓｏｉｌ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｄｏｓｅｓ．
Ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ
ｍｅｃｈａ⁃ｎｉｓｍ ｏｆ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ＰＡＭ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ⁃
ｔｉｃｓ． Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ， ａｌｔｈｏｕｇｈ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｗｉｔｈ （ＰＡＭ）， ＰＡＭ ａｓ ａ ｓａｎｄ ｆｉｘａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ， ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｒｅｓｉｓ⁃
ｔａｎｃｅ ｔｏ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｏｉｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｏ ｆｏｒｍ ｂｅｔｔｅｒ ｓｏｉｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｂｅ⁃
ｓｉｄｅｓ， ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＡＭ ａｎｄ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｗｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｕｒｖｉｖａｌ ｒａｔｅ ｏｆ
ｐｌａｎｔｓ ｇｒｅａｔｌｙ， ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｏｉｌ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｉｎ ｗｉｎｄ⁃ｅｒｏｓｉｖｅ ａｒｅａｓ， ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏ⁃
ｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｔｈｕｓ， ＰＡＭ ｈａｓ ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ａｎｄ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉ⁃
ｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｏｉｌ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ （ＰＡＭ）； ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．
本文由国家自然科学基金项目（４１４７１２３０，４１１７１２２７，４０９７１１７２）和中国科学院重点项目（ＫＺＺＤ⁃ＥＷ⁃０４⁃０３）资助 Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ
Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （４１４７１２３０， ４１１７１２２７， ４０９７１１７２） ａｎｄ ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ （ＫＺＺＤ⁃ＥＷ⁃０４⁃
０３） ．
２０１５⁃０６⁃２８ Ｒｅｃｅｉｖｅｄ， ２０１６⁃０１⁃０６ Ａｃｃｅｐｔｅｄ．
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｚｗａｎｇ＠ ｎｗｓｕａｆ．ｅｄｕ．ｃｎ
应 用 生 态 学 报　 ２０１６年 ３月　 第 ２７卷　 第 ３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｊａｅ．ｎｅｔ
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｍａｒ． ２０１６， ２７（３）： １００２－１００８　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＤＯＩ： １０．１３２８７ ／ ｊ．１００１－９３３２．２０１６０３．０３０
　 　 在干旱半干旱地区，土壤风蚀会破坏地表原有
结构，导致沙尘灾害，甚至沙尘暴．沙尘暴使空气中
富含大量的悬浮颗粒，从而恶化空气质量和人类的
生存环境．例如 ２００６ 年北京出现了落尘量 ３０×１０４ ｔ
以上的浮尘污染天气，严重影响了当地居民的生活
和健康．因此，如何防治风蚀已成为如今社会亟待解
决的一个问题．
风蚀的形成必须具备两个基本条件：１）足够的
可蚀性颗粒物；２）使可蚀性颗粒产生运动的风速［１］ ．
因此，改善土壤表面结构、减少土壤可蚀性颗粒物和
降低近地面风速可有效地控制土壤风蚀．目前，在土
壤表层进行物理或化学处理是降低风蚀最有效的措
施，其中利用高分子化学材料改善土壤表层结构进
行化学固沙已受到广泛关注．经化学固沙液处理后，
一方面可以使地表松散的可蚀性土壤颗粒黏结在一
块，增加了土壤大团聚体的质量分数［２］，另一方面，
还可以抑制土壤蒸发，使土壤具有较高的含水
量［３］，从而增强了土壤的抗风蚀性．但固沙材料因其
物理化学性质不同，对抗风蚀具有不同的效率，因此
高效率的固沙材料是防治风蚀的首要选择．
聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）是一种高分子聚合物，因其
能很好地改善土壤的物理化学性质（如提高土壤大
团聚体含量和增加土壤表面糙度、提高土壤入渗率、
增加土壤含水量等）而成为一种高效的土壤结构改
良剂，近年来引起了研究者们的关注．有关 ＰＡＭ 防
治水蚀的研究国内外已经进行了很多，但利用 ＰＡＭ
进行风蚀防治的研究成果较少而且零散，也很少有
人对此进行较系统的总结．因此，本文详细论述了
ＰＡＭ在风蚀防治中的应用进展和防治机理，总结了
ＰＡＭ用于风蚀防治存在的问题，展望了其在风蚀防
治中的应用前景．
１　 聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）简介
聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）是一种易溶于水但不溶于
大多数有机溶液的线状有机高分子聚合物［４］，按分
子量的大小可分为：低分子量（ ＜１０５ ｇ·ｍｏｌ－１）、中
分子量（１０５ ～ １０６ ｇ·ｍｏｌ－１）、高分子量（１×１０６ ～ ５×
１０６ ｇ·ｍｏｌ－１）和极高分子量（＞５×１０６ ｇ·ｍｏｌ－１）．目
前大分子量的 ＰＡＭ 应用比较广泛［５］ ．研究表明，
ＰＡＭ能够改善表层土壤结构有以下两个主要原因：
１）ＰＡＭ长链上的烯胺基可亲和、吸附许多物质，产
生氢键，从而吸附土壤颗粒［６］，而其黏性的大小是
由分子量的大小、ＰＡＭ分子在水溶液中的形态所决
定．２）ＰＡＭ 分子在土壤颗粒间起着一种桥梁的作
用，能够把表层土壤颗粒连接在一起，从而改善表层
土壤的物理结构［５］ ．
在实际应用的安全上，低毒的 ＰＡＭ单体丙烯酰
胺及其水解体不刺激皮肤．有研究表明，土壤中的
ＰＡＭ在各种物理化学等作用下会逐渐降解，残留在
土壤中的很少，说明 ＰＡＭ 对动植物、土壤和环境不
会产生副作用［７］ ．
２　 化学材料固沙的研究过程
化学材料固沙指在荒漠化土地表层施用有机或
无机高分子化学材料，以提高地表沙土的稳定性，从
而达到固定流沙、改良和治理荒漠化土地的目的［８］ ．
早在 ２０世纪 ３０年代国外就开始了这项研究，迄今
为止我国也有 ３０多年的研究历史．这些研究使化学
固沙技术在固定流沙、改造沙地等方面均取得显著
成效［９］ ．王丹等［６］认为，良好的固沙剂应该具有以下
几方面的特点：１）较好的沙土稳定效能和适宜的耐
候性能；２）一定的亲水性，以便于喷洒施用，但亲水
性又不能太强，以保证沙土的抗水侵蚀能力；３）适
当的可降解性和良好的环境友善性以及合理的经济
性．经化学材料覆盖的地表一方面形成了能顺利输
移流沙的、光滑的输沙面，使沙粒不宜堆积，另一方
面使沙丘表面形成隔绝气流的保护层，以防止风沙
流对松散沙粒直接吹蚀，因而可以达到保护地表不
被流沙破坏的目的．常用的化学固沙材料有石油类
产品、高分子材料以及无机材料等．
早在 １９３４年，前苏联就开始采用化学材料进行
固沙研究，并在 １９３５ 年进行首次试验，１９４０ 年进行
了大面积多次数试验，１９５１—１９５２ 年间主要的试验
材料是沥青乳剂，１９５９ 年采用聚丙烯酞胺（ＡＭ⁃９）
在库尔斯克沙地进行固沙试验．到目前为止，俄罗斯
每年采用化学固沙剂进行固沙的面积达到了几百公
顷．美国于 ２０ 世纪 ４０ 年代末开始采用化学材料进
行固沙，到目前为止已研制出多种无机有机高分子
化学材料，主要用于防尘和固沙．我国开始进行化学
固沙试验研究工作是在 １９５６年，现已取得了一定成
绩， 迄今国内已有几十种乳化沥青、高分子聚合物、
无机材料等化学固沙材料．其具有防尘迅速、沙面固
沙层透气性好、保水保土效果好、不影响植物生长、
渗透深度大、无毒无害的优点［１０］ ．
３　 ＰＡＭ防治风蚀效应的研究进展
３􀆰 １　 ＰＡＭ对风蚀量的影响
１９８０年以来，中国科学院兰州沙漠研究所在宁
３００１３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 李元元等： 聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）防治土壤风蚀的研究进展　 　 　 　 　
夏中卫沙坡头地区进行的试验研究证明，ＰＡＭ 聚合
物具有固定流沙的作用［９］ ．此外，刘东等［１０］使用室
内风洞研究了净风和挟沙风在不同地面坡度、不同
地表风速分别喷施 ０．１、０．２、２、４、６ ｇ·ｍ－２剂量的
ＰＡＭ对土壤风蚀的作用，发现使用 ＰＡＭ 后的土壤
表层因具有较好的黏结力，有效地改善了土壤表层
结构，加强了表层土粒的稳定，较显著地提高了土壤
抗风蚀能力，而且较高剂量的 ＰＡＭ可以使土壤在较
高坡度和挟沙风的条件下都不产生风蚀（表 １），说
明在风蚀较严重的干旱半干旱地区喷施 ＰＡＭ 用于
防治风蚀是一种效果较显著的措施，使用剂量越大
防治风蚀的效果越好．但考虑经济和自然界风速大
小的原因，建议 ４ ｇ·ｍ－２的剂量是抵抗挟沙风的最
佳剂量选择．和继军等［１２］使用室内风洞将剂量为 ２
和 ４ ｇ·ｍ－２的 ＰＡＭ按照一定比例溶于水后拌施在
土壤中，研究 ＰＡＭ在不同土壤含水量下对土壤风蚀
的影响、ＰＡＭ重复利用对土壤风蚀量的影响、不同
糙度下 ＰＡＭ对土壤风蚀的影响以及 ＰＡＭ对冻土风
蚀的影响，结果显示，在不同情况下，拌施 ＰＡＭ对土
壤的抗风蚀能力均产生了积极作用，且被作用的土
壤表面越干燥，ＰＡＭ 的黏结力越强，抗风蚀效果越
好，且 ＰＡＭ的重复利用对增加土壤的抗风蚀能力效
果不是很明显，由此看出，在对土壤风蚀的作用上
ＰＡＭ主要在土壤表面发挥了积极的作用；在利用
ＰＡＭ进行风蚀的控制时，只要将 ＰＡＭ 拌施在土壤
表面就会产生显著效果．
３􀆰 ２　 ＰＡＭ对起动风速的影响
在风蚀研究中，沙粒的起动风速对风蚀率产生
直接影响．陈渠昌等［１３］通过室内风洞模拟试验，结
果表明（表 ２），经 ＰＡＭ喷洒过的土壤表层的起动风
速显著高于只喷洒清水的处理；此外，未被扰动的土
壤表面喷洒高于 １ ｇ·ｍ－２的 ＰＡＭ可抵御 １４ ｍ·ｓ－１
表 １　 挟沙风试验条件下各土样的风蚀率［１１］
Ｔａｂｌｅ １ 　 Ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｓａｎｄ⁃
ｄｒｉｖｉｎｇ ｗｉｎｄ （ｋｇ·ｍ－２·ｍｉｎ－１） ［１１］
风速
Ｗｉｎｄ
ｓｐｅｅｄ
（ｍ·ｓ－１）
坡度
Ｓｌｏｐｅ
（°）
ＣＫ１ ＣＫ２ ＰＡＭ剂量
ＰＡＭ ｄｏｓａｇｅ （ｇ·ｍ－２）
２ ４ ６
１５ １０ １６．２５ ２．４５ ０．８５ ０ ０
２０ １８．９４ ３．１９ １．２２ ０ ０
３０ １９．００ ３．０１ １．１０ ０ ０
１８ １０ ２２．８８ ３．２８ ２．３５ ０．１４ ０
２０ ２６．６６ ４．２４ ３．０１ ０．１７ ０
３０ ２５．４９ ４．０７ ３．１４ ０．２６ ０
ＣＫ１： 扰动后试样 Ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｓａｍｐｌｅ； ＣＫ２：接受降雨后的风干试样
Ｄｒｉｅｄ ｓａｍｐｌｅ ａｆｔｅｒ ｒａｉｎｆａｌｌ．
表 ２　 不同坡度不同处理下扰动沙土的起动风速［１３］
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｅｒｏｓｉｖｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄｓ ｏｆ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｓａｎｄｙ
ｓｏｉｌ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｌｏｐｅｓ （ｍ·
ｓ－１） ［１３］
坡度
Ｓｌｏｐｅ
（°）
ＣＫ ＰＡＭ处理
ＰＡＭ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ （ｇ·ｍ－２）
０ ０．５ １ ２ ４
０ ５．６８ ６．６５ ６．７０ ７．２６ ８．７１ ８．８１
１０ ５．６１ ６．１０ ６．１３ ７．１７ ８．５４ ８．５５
２０ ５．３８ ５．８５ ５．９０ ６．８４ ７．８８ ８．２５
３０ ５．１５ ５．６０ ５．６６ ６．２９ ６．８５ ７．１５
ＣＫ： 未处理扰动土样 Ｕｎｔｒｅａｔｅｄ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｓｏｉｌ； ＰＡＭ处理： 将 ０、０．５、
１、２和 ４ ｇ·ｍ－２的 ＰＡＭ溶于等量的水后喷施于土样表面 ＰＡＭ ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔｓ： Ｓｐｒａｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅｓ ｏｆ ０， ０．５， １， ２ ａｎｄ ４ ｇ·ｍ－２ ＰＡＭ ｄｉｓ⁃
ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ．
左右的净风吹蚀 ３０ ｍｉｎ 而不产生风蚀．为了探索
ＰＡＭ抵抗风沙流的抵抗能力，陈渠昌等［１３］采用 １、２
和 ４ ｇ·ｍ－２的 ＰＡＭ研究了 ＰＡＭ对松散土壤表面风
蚀的影响， 结果表明，经 ２ ｇ·ｍ－２ ＰＡＭ处理过的土
壤表面可抵御 ８ ～ １０ ｍ·ｓ－１风沙流吹蚀 ３０ ｍｉｎ，当
ＰＡＭ用量达 ４ ｇ·ｍ－２时， 其效果对自然界的任何风
都可以起到很好的防御作用．
３􀆰 ３　 ＰＡＭ 在风蚀防治中的使用量、使用方法及
应用
ＰＡＭ使用量和使用方法的不同将会导致使用
效果的差异性很大．将刘东等［１１］ （表 １）与和继军
等［１２］（表 ３）的研究结果对比可知，前者在极低含水
量和较高坡度下喷施 ４ ｇ·ｍ－２浓度的 ＰＡＭ 在砂土
表面就可以抵御 １５ ｍ·ｓ－１的挟沙大风不产生风蚀，
而后者在较低坡度下拌施相同剂量 ＰＡＭ 在不同含
水量的土壤里进行吹蚀，结果即使在 １４ ｍ·ｓ－１的净
风和较高含水量的条件下拌施相同剂量的 ＰＡＭ 也
会产生风蚀，与对照相比拌施一定量的 ＰＡＭ确实减
表 ３　 １４ ｍ·ｓ－１风速下不同含水量砂壤土拌施不同剂量
ＰＡＭ的风蚀量［１２］
Ｔａｂｌｅ ３ 　 Ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ ａｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ａｍｏｕｎｔｓ ｏｆ ＰＡＭ ａｎｄ ｍｏｉｓｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｓａｎｄｙ ｌｏａｍ （ ｔｈｅ ｗｉｎｄ
ｓｐｅｅｄ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗａｓ １４ ｍ·ｓ－１） ［１２］
ＰＡＭ浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ
ＰＡＭ （ｇ·ｍ－２）
风蚀量
Ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ
（ｇ）
砂壤土含水量
Ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｏｆ ｓａｎｄｙ
ｌｏａｍ ｓｏｉｌ （％）
２ ０．０１２３ ９
０．０１００ ７
０．００４９ ５
０．００３８ ３
４ ０．０１２０ ９
０．００７５ ７
０．００６０ ５
０．００１０ ３
４００１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
少了风蚀量，但相同条件下的喷施效果大大高于拌
施．表明无论是拌施还是喷施，ＰＡＭ 的使用剂量与
其对风蚀的效果呈正比，但较大剂量会产生很大的
经济负担，降低实用价值．最经济的适用剂量目前还
有待于进一步研究．和继军等［１２］研究了 ＰＡＭ 在减
轻风蚀方面的持续效应，得出前期积存在土壤中的
ＰＡＭ不能明显提高土壤抗风蚀能力．ＰＡＭ 提高土壤
抗风蚀能力主要表现在土壤表面．因此，只要每年在
土壤表面施用 ＰＡＭ即可达到减少风蚀的效果．
３􀆰 ４　 与其他材料的比较　
石油产品类的固沙剂（如沥青乳液）具有黏性，
可以改善土壤水热状况，长久地固定于地面，起到保
护土壤表面的作用，从而可以保持水土、减少风蚀的
发生，但其缺点是稳定沙土的效率较低、渗水能力较
弱、不利于植物生长，以及价格较高等．在高分子化
学材料中，脲醛树脂虽然价格最低廉，但因其在使用
时固化速度较快不利于施工以及有毒等原因很难被
广泛使用．此外，还有一些固沙效果较好的生物质资
源类固沙剂以及高分子吸水树脂固沙剂都因成本较
高，很难大量使用，因此它们对沙土的稳定效果并不
突出［６］ ．经国内外科研工作者验证，ＰＡＭ 是一种较
好的固沙剂，可以牢固地固结沙土，固沙效果明显，
是一种比较优良的固沙材料．有研究表明，它是一种
无毒、无污染的土壤结构改良剂［１０］，在美国西部已
经得到了很广泛的应用．与其他固沙材料相比，ＰＡＭ
用于风蚀的防治将是一个很好的选择．
４　 ＰＡＭ防治风蚀的机理
对于 ＰＡＭ 防治风蚀的机理至今仍存在很大争
议．陈渠昌等［１４］认为，ＰＡＭ 减少风蚀的机理可能有
３个方面：ＰＡＭ的长链将土壤表层的颗粒黏结起来
产生结皮，加强了土壤表层的整体性；ＰＡＭ 将土壤
表层的细小颗粒黏结成较大的颗粒，提高土壤的团
聚体含量和稳定性，增加土壤的起动风速；渗入到土
壤颗粒间的 ＰＡＭ，隔绝了颗粒间的接触，可以减少
能量在颗粒间的传递和土粒振动，使土壤颗粒的稳
定性增强．其中，ＰＡＭ 在土壤表面形成结皮对土壤
起保护作用这一机理得到了较大的认同．
有些研究也表明，ＰＡＭ防治水蚀的机理也可以
用来解释其对风蚀的控制． 撒施或喷施在土壤表面
的 ＰＡＭ溶液将均匀地渗入土壤表层， 渗入土壤表
层的 ＰＡＭ分子一方面会使土壤颗粒发生物理化学
变化，从而减少土壤颗粒之间的排斥力，另一方面
ＰＡＭ在土壤颗粒间也可能起着一种桥梁作用［１５］ ．
ＰＡＭ对土壤这两方面的作用能增强土壤颗粒间的
凝聚力，从而把土壤颗粒紧密地联系在一起，使土壤
在水蚀和风蚀的作用下仍维持原有的团聚体结构，
改善土壤团聚体含量．此外，ＰＡＭ 也可以加强土壤
的持水能力，抑制土壤蒸发，使土壤保持较高的含水
量，进而增加土壤的抗风蚀能力．因此，在农业生产
和水土保持的过程中，除了要采取地表的物理覆盖
等措施之外，利用 ＰＡＭ改善土壤的物理性状对风蚀
控制也很重要．
４􀆰 １　 改善土壤团聚体
土壤风蚀强度随土壤中不可蚀性团聚体的增加
而减小．土壤不可蚀性团聚体对风蚀的影响主要表
现在以下两方面：１）存在于地表的不可蚀性团聚体
增加了地表糙度；２）覆盖在地表的不可蚀性团聚体
保护地表易蚀性土壤颗粒，从而达到控制地表风蚀
的目的．ＰＡＭ 可以有效改善土壤结构，使土壤大团
聚体数目增加，增大土壤表面粗糙度，降低土壤容
重，使土壤总孔隙率和毛管孔隙度上升，进而使土壤
颗粒和孔隙结构保持稳定．
目前国外主要在几种灌溉土壤中使用 ＰＡＭ．如
Ｌｅｎｔｚ等［１６］发现，ＰＡＭ 能增加团聚体水稳性；Ｃｏｏｋ
等［１７］在板结土壤上施用不同浓度 ＰＡＭ，结果表明
ＰＡＭ显著增加了土壤水稳性团聚体含量；Ｎａｄｌｅｒ
等［１８］研究发现，与对照相比，经 ＰＡＭ处理过的黏壤
土的土壤水稳性团聚体含量提高了 ３ ～ ４ 倍．在国
内，夏海江等［１９］研究得出，在不同质地土壤上使用
ＰＡＭ可使土壤水稳性团聚体含量增加 ３０％ ～ ５０％，
结构系数增大 ３％～８％，分散系数减少 ７％～１９％；王
永敏等［２０］用土柱培养研究不同浓度 ＰＡＭ对土壤物
理性质的影响，结果得出，在使用各种浓度的 ＰＡＭ
后，土壤中＞０．２５ ｍｍ 水稳性团聚体含量有所提高，
团聚体分形维数有所降低，土壤结构更加稳定．这与
曹丽花等［２１］通过室内土柱培养得出的结果一致．有
些研究还表明，ＰＡＭ 对红壤土也有改善作用，能使
红壤土中＞０．２５ ｍｍ水稳性团粒结构增加，且随着施
用量的增大效果增强［２２］；员学锋等［２３］将 ０．７５ ～ １．２５
ｇ·ｃｍ－２的 ＰＡＭ 用于玉米的大田试验，结果发现，
＞０．２５ ｍｍ土壤团聚体总量增加 ３０．２％，从而疏松了
土壤，起到调节土壤结构的作用．
４􀆰 ２　 提高土壤含水量
在众多影响风蚀的因素中，土壤含水量起到了
很重要的作用．研究表明，存在于水分子与土壤颗粒
之间的拉张力会使颗粒间的内聚力增加，增强了土
壤的抗风蚀性，从而大大降低风蚀量［２４］ ．
５００１３期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 李元元等： 聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）防治土壤风蚀的研究进展　 　 　 　 　
许多研究表明，增加土壤含水量能提高临界起
沙风速和降低风蚀率，其中，流沙土样的临界起沙风
速和含水量呈线性增长［２５］ ．胡孟春等［２６］的风洞模拟
研究表明，含水量在沙土的风蚀中起到了重要作用，
当土壤含水量小于 ２％时土壤含水量与抗风蚀能力
呈正相关关系，当土壤含水量大于 ２％时沙土抗风
蚀能力逐渐稳定，说明增加土壤含水量是减少风蚀
的有效方法之一．刘瑞风等［２７］研究表明，施用 ＰＡＭ．
ａｔｔａ复合保水剂可显著提高土壤含水量，当使用浓
度为 ２６００ ｋｇ·ｈｍ－２时，土层 ０ ～ １０ 和 ３０ ～ ４０ ｃｍ 的
土壤平均含水量较对照分别提高了 ２７． ３％ 和
３４􀆰 ２％．杨永辉等［２８］采用土柱法研究得出，ＰＡＭ 对
增加黄绵土和黑垆土的持水量效果显著．郭月峰
等［２９］在不同植被恢复区施用不同剂量的 ＰＡＭ 得
出，所有剂量的 ＰＡＭ 对提高土壤含水量均有很好
的效果，当 ＰＡＭ 施用量为 ７５ ｋｇ·ｈｍ－２时土壤的保
水效果最好．
总之， ＰＡＭ可以显著提高土壤含水率、促进作
物生长［３０］，并在一定程度上能够减少土壤蒸发、提
高土壤含水量、加强土壤持水能力，对沙质土壤水分
的调控具有重要作用［３１］ ．
４􀆰 ３　 增加土壤入渗
陈鸿福［３２］在砂壤土和砂黏壤土上使用不同特
性的干粉 ＰＡＭ，用于研究 ＰＡＭ 对入渗率和土壤侵
蚀的作用，结果发现，不同特性的 ＰＡＭ 均能增加两
种土壤的入渗率，导致地表径流量和土壤侵蚀减少．
林雪松等［３３］采用自制的土壤径渗流测试盒研究了
不同分子量 ＰＡＭ对土壤入渗量的影响， 得出 ＰＡＭ
在增加土壤入渗率上效果显著，分子量较低的 ＰＡＭ
作用更明显． Ｌｅｎｔｚ 等［３４］在降雨或喷灌的大田里发
现，使用 ２０～６０ ｋｇ·ｍ－２剂量的 ＰＡＭ能够使土壤入
渗率提高 ６０％ ～ １００％；Ｇｒｅｅｎ 等［３５］发现，大中分子
量的 ＰＡＭ在减少土壤侵蚀和增加降雨入渗上效果
最好．
４􀆰 ４　 改善土壤其他物理性状
员学锋等［３６］测定了使用 ＰＡＭ 后的关中土壤基
本物理性状，结果表明，ＰＡＭ 能改善土壤的气孔结
构，使土壤容重降低，增大了土壤总孔隙度；ＰＡＭ 施
加到土壤后， 土壤微结构也发生了变化，表明 ＰＡＭ
能够改善土壤的微结构、增加土壤的蓄水能力．
众多研究表明，ＰＡＭ 作为一种土壤结构改良
剂，当与水接触时疏水基可因疏水作用而转向内侧，
形成不溶于水的粒状结构，亲水基团通过氢键与水
分子结合形成水合水，在分子的表面形成水分子层
使高分子的网束展开，由于网内结构中含有一定数
量的亲水离子，使三维空间网内外出现了离子浓度
差，从而造成了网状结构内外产生渗透压，水分子便
在渗透压的作用下向网内渗透，形成了类似于自由
水的网孔水，从而增加土壤的持水能力［３５］ ．同时，它
的酰胺基可与许多物质亲和、吸附形成氢键，从而具
有很强的黏聚作用，黏结土壤颗粒，在一定程度上较
好地抑制土壤蒸发，增加土壤含水量和水稳性团聚
体含量．
５　 存在的问题及应用前景
我国在 ＰＡＭ 用于风蚀的研究和应用上仍处于
起始阶段，深层次的研究较少．目前主要存在以下问
题：１）大部分研究都是类似的重复，系统的研究很
少；２）在研究 ＰＡＭ 的施用效果时，土壤质地、土壤
水分及土壤盐分等条件不一致，致使很多试验结果
并不一致．如和继军等［１２］认为，在相同条件下，黏粒
含量高的土壤施用 ＰＡＭ 后的抗风蚀能力强于黏粒
含量低的土壤，土壤含水量越低、越有利于增加土壤
表面的抗风蚀能力； Ａｒｍｂｒｕｓｔ［３７］研究表明，ＰＡＭ 形
成的结皮易于被盐渍颗粒渗透，在风蚀防治中不能
较好地保护地表，因此在盐渍化较严重的沙化土地
上使用 ＰＡＭ时要认真考虑，研究者们必须系统地分
析这些因素，探讨适合不同地区的 ＰＡＭ 施用方法、
施用量；３）ＰＡＭ 在农业生产中的应用，目前仍处于
小面积试验示范阶段，系统的应用研究及其机理研
究还不多，应将 ＰＡＭ 在不同地区、不同土壤类型上
进行试验［３８］，以确定某种土壤如何选用最佳 ＰＡＭ
类型、最合适的施放量和施放方法，在不同条件下进
行试验研究，取得可靠数据，以便推广应用是目前研
究的重点．虽然 ＰＡＭ防治风蚀的定量研究在室内已
经深入展开，但还需要大量的工作去解决在应用中
存在的问题．随着研究的深入，在不久的将来，ＰＡＭ
有望成为土壤风蚀防治中重要的物质，其应用前景
相当广泛．
６　 结　 　 语
干旱和风速较大的地方，风蚀极易发生，将会降
低土壤养分、劣化土壤结构、加快土壤荒漠化速度；
在一些大城市，由于一些工矿企业的开采及粉料堆
放，也会引起一些严重的粉尘污染问题．因此，在风
蚀较严重的地区或者产生粉尘较多的城市施工工
地，采用 ＰＡＭ能提高地表沙土的稳定性和保水性，
从而达到固定流沙和粉尘、改良和治理荒漠化土地
６００１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷
和城市环境的目的．该技术具有施工简便、成本低、
见效快、可迅速改良荒漠化土地的优点，为植物生长
创造良好的水土条件．若在风蚀治理和改良城市环
境中与植物种植相结合，能大大提高植物的成活率，
改善生态环境工程建设的质量和效果．
ＰＡＭ的水解体是低毒的，大多数产品不刺激皮
肤，其对人体、动物、鱼类和植物并无毒害．尽管其单
体丙烯酰胺具有毒性，但 ＰＡＭ 性质比较稳定，可以
抵抗微生物降解，在土壤中主要通过物理作用降解，
而且丙烯酰胺可为生物迅速降解，不易在土壤中积
累．此外，众多的 ＰＡＭ 己经获得美国食物及药品管
理局的批准，可以直接或间接用作食物添加剂．因
此，ＰＡＭ对环境并无威胁，其可以有效地用作土壤
改良剂．
我国土地资源丰富，但可利用的土地较少，尤其
在我国西北地区，降雨量少，气候干旱，沙漠化严重．
尽管多年来我国投入了大量的人力、物力进行荒漠
化防治，但大部分采用生物措施和机械措施，由于治
理周期长，且受到经济和植物特性等原因的限制，效
果并不是很显著，而且在一些土壤质地较差、气候极
恶劣的地方很难实施．然而，化学材料可迅速固定流
沙，效果显著，在荒漠化的治理过程中作为传统措施
的辅助性措施，越来越受到研究者们的关注．其中，
高分子化学材料 ＰＡＭ作为一种固沙剂，在减弱风蚀
方面应用最广泛．它一方面可以固定流沙、抑制沙尘
灾害，另一方面可以改善土壤结构，有利于作物生
长，对生物防沙的实施起到了促进作用．若将 ＰＡＭ
与多种固沙方法相结合，如利用“化学⁃生物⁃工程”
进行联合固沙，即使在较恶劣的沙漠环境中，其固沙
效果也会非常显著．目前 ＰＡＭ 在防治风蚀的研究上
还有很多不足，但其应用前景相当广阔．
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ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ （ＰＡＭ） ｏｎ Ｓｏｉｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｃａｒ⁃
ｒｏｔ Ｇｒｏｗｔｈ． ＰｈＤ Ｔｈｅｓｉｓ． Ｈｏｈｈｏｔ： Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ａｇｒｉ⁃
ｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２００８ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
作者简介　 李元元，女，１９８８年生，硕士研究生． 主要从事新
型高分子化学材料防治土壤侵蚀研究． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ８３６４３４９８５＠
ｑｑ．ｃｏｍ
责任编辑　 杨　 弘
李元元， 王占礼． 聚丙烯酰胺（ＰＡＭ）防治土壤风蚀的研究进展． 应用生态学报， ２０１６， ２７（３）： １００２－１００８
Ｌｉ Ｙ⁃Ｙ， Ｗａｎｇ Ｚ⁃Ｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｗｉｎｄ ｅｒｏｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ （ＰＡＭ）． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ （应用
生态学报）， ２０１６， ２７（３）： １００２－１００８ （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
８００１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２７卷