土壤表面固定剂研制及其对黑土区水土流失阻控效果初步研究

发布时间：2020-05-05 05:29

【摘要】：东北区黑土是我国极其珍贵的土地资源。近年来,在人为加速侵蚀下,土壤侵蚀现象严重。特别是黑土区台地低丘的地形特点及降雨集中的气候特点导致区域内特定季节的水土流失严峻,面源污染风险巨大。然而,关于坡耕地农业在降雨条件下土壤流失的防治措施还没有引起国内外研究学者、专家足够的重视。黑土区土壤侵蚀如得不到有效控制,东北商品粮基地的重要地位将会面临严重威胁。因此,以东北区域坡耕地为研究对象,深入探究其水土保持的方法成为重要研究课题。基于田间裸露处理易侵蚀和全覆盖处理阻渗透的不足,本论文有针对性的研制了一种透水、保水、固土且易降解的土壤表面固定剂,并在雨强、坡度等不同模拟条件下评价地表覆盖类型对坡耕地表面土壤侵蚀的影响。本研究主要是通过单因素试验和响应面相关试验对制备工艺条件的优化,成功研制出土壤表面固定剂;以及对其一些性能进行测试。同时对其形成的固化层和表层土壤颗粒间界面进行形貌结构表征,进而分析二者的微结构行为与固结机理。并将最优条件下制得的土壤表面固定剂应用到室内模拟降雨坡面土壤防蚀探究试验的研究中。本论文旨在为应用于坡面水土保持方面新型覆盖材料的研发开辟新途径。经过一系列试验后,研究结论如下:(1)根据土壤表面固定剂研制试验可知:所述土壤表面固定剂包含的原料组分及其配比最佳参数范围确定为,淀粉含量在3.0%~5.0%范围之内,柠檬酸含量在2.0%~6.0%范围之内,碱化玉米秸秆粗纤维含量在1.5%~2.5%范围之内,甘油含量为35.0%。进一步通过对各因素范围的优化,得出影响土壤表面固定剂力学性能的工艺条件因素结果如下:就抗拉强度/TS而言,制备条件3个工艺参数(A:淀粉含量,B:柠檬酸含量,C:碱化玉米秸秆粗纤维含量)对TS影响的主次排列顺序为:BCA;就断裂伸长率/E而言,3个工艺参数(同上)对E影响的主次排列顺序为:CAB。将优化后合成原料比例进行了验证试验,在淀粉含量4.0%、甘油含量35.0%(甘油占淀粉比例,下同)、柠檬酸含量4.0%、碱化玉米秸秆粗纤维含量2.0%时,平均抗拉强度、断裂伸长率分别为(6.91±0.12)MPa,(60.55±0.95)%。(2)根据土壤表面固定剂结构及其性能试验测试结果可知:土壤表面固定剂因加入碱化处理粗纤维,使得表面粗糙度增加,整体上呈现出较为均匀的网状结构。在24 h静泡处置后重量损失率为22.6%。随含水量增加,力学强度显著降低(TS由5.1 Mpa降到1.8 Mpa;E由30.1%降到26.1%)。(3)由SEM表征可知:在坡耕地土表施用本土壤表面固定剂即可满足避免水蚀和防土壤侵蚀。分析其原因,一是土壤表面固定剂表面明显比较粗糙,有利于增加雨水入渗;二是土壤表面固定剂-表层土壤颗粒之间明显形成的双层结构粘结层起固土透水作用。(4)根据室内模拟降雨条件下覆盖剂类型在坡地水土保持效益的探究试验结果可知:土壤表面固定剂最佳施用量为65 g·m~(-2)。与CK相比,土壤表面固定剂覆盖后容重指标测试结果低于液体地膜覆盖,土壤孔隙度却有所增加,2种覆盖处理均能显著提高土壤中水分保持量。土壤表面固定剂在降雨强度1.67 mm/min时,抗水蚀效果明显可以达到84.4%。研究不同地面覆盖处理对2种坡度土壤侵蚀(过程)的影响,从地表径流比较,土壤表面固定剂覆盖下径流量与液体地膜覆盖相比最大可减少37.9%;从泥沙流失量对比分析,土壤表面固定剂覆盖和液体地膜覆盖抑制产沙作用更明显,减沙率分别为74.5%和86.6%以上;从侵蚀过程产沙规律分析可知,坡地土壤侵蚀过程产沙规律经降雨历时的延长呈现出略有不同的变化情况。综合比较覆盖剂类型作用效果由高到低顺序为土壤表面固定剂覆盖、液体地膜覆盖、裸地。(5)根据土壤表面固定剂降解性试验可知,土壤表面固定剂生物降解性良好,35 d时降解率高达71%。
【图文】：

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、可持续发展，提高农业效益，缓解水土流失和相关问题带究价值。型黑土区及水土流失概述型黑土区概述，黑土是世界上最为稀少和珍贵的农业资源。按照美国或者，世界上存在的黑土区应该是四大片，即乌克兰和俄罗斯大、阿根廷和乌拉圭的潘帕斯大草原和我国东北（见图 1.1）为在世界上有三大片黑土区，，其中不包括阿根廷和乌拉圭 8 月 8 日召开的“世界黑土保护国际研讨会”会议上，其中一届“世界黑土学术研讨会”将在乌拉圭召开，这一决定也圭的潘帕斯大草原被重新加入到世界四大黑土区中[17]。在我范围相对广阔，土壤肥力优势相对明显，植被丰富，正常情土侵蚀。黑土地土壤的类型相对特殊，底土比较黏、重，中的含水量总体较高，易在坡面形成地表径流。

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图 1.2 淀粉颗粒层状结构示意图Fig.1.2 Schematic diagram of layered structure of starch granule下，随着增塑剂的添加，合成材料的功能特性也会随之伸展，尤其是在柔软性和光滑性方面改善显著，最终表现的增塑剂有甘油、聚乙二醇、吐温等，其中甘油(丙三醇甘油的添加可大大提升淀粉薄膜的柔韧性。可见，通过料性能是新型材料制备的一个重要研究方向。（本文主详细说明。）产品已经多用到交联剂进行交联改性，交联剂在最终产交联成网的作用。交联剂种类的选择同样会影响最终产剂有磷酰氯、表氯醇、三偏磷酸钠、1,2,3,4-二环氧丁烷
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S157

【参考文献】