秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應:
秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應,基質混合物是巖石邊坡植被護坡工程植被穩定生長的物質基礎，在有限的物質條件下，其功能實現決定于 功能材料的效應發揮。秸稈纖維、聚丙烯酰胺及高吸水樹脂是基質混合物中主要的功能材料，通過試驗定量研究 了秸稈纖維、聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在基質混合物中的功能效應。研究結果表示：秸稈纖維通過提高基質混合 物的抗剪強度、延緩收縮產生裂縫的時間、減小裂縫寬度及降低侵蝕產沙等作用使基質混合物的整體穩定性得以 良好的保持，但用量過高卻有不利影響；聚丙烯酰胺可提高基質混合物降雨入滲量，使坡面產流時間延遲，降低 坡面徑流量，并可提高基質混合物水穩性團聚體的含量，使基質混合物的抗侵蝕能力增強，聚丙烯酰胺還可增加 基質混合物孔隙度，使基質混合物變得疏松，維持良好的滲透性和透氣性，利于植被生長，但其效應不隨用量的 增加而無限制的提高，并具有明顯的時間尺度效應，其功能隨時間推移而喪失；適量的高吸水樹脂具有提高基質 混合物水分容量、增加有效水含量及抑制蒸發的作用，可延緩水分達到萎蔫點的時間，使基質混合物的抗旱能力 得到提高，但高吸水樹脂的吸釋水過程不能被無限制的反復利用，過高的用量影響基質混合物的透氣狀況，使植 被的生長發育受阻；試驗條件下，植物秸稈纖維、聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在基質混合物中的適宜用量分別4kg/m2，10 及 80 g/m2 左右。
引言
巖石邊坡植被護坡工程通過構建“基質混合 物一植被，，系統來防護整個坡面[1]?；|混合物 具有提供植被生長所需的合理物理結構及水分養分 功能，且自身具有一定的穩定性，是巖石邊坡植被 護坡工程植被穩定生長的物質基礎，在有限的物質 條件下(工程應用厚度一般在10 cm以下)，其功能 實現決定于人工添加材料的效應發揮[1’ 2]。
如何提高基質混合物的穩定性及水分保持能力 是技術應用中需要解決的重要問題[1,2]。日本針對 巖石邊坡開發的植被護坡方法(如纖維土綠化工法、 高次團粒SF綠化工法及連續纖維綠化工法)都將纖 維及黏結劑作為提高基質混合物穩定性的載體，目 的是提高其抵抗外力的能力，應用的纖維類型可分 為有機質短纖維、無機質短纖維及連續纖維等，黏 結劑有硅酸巖水泥、乳化浙青、合成樹脂及高分子 聚合物等材料[3?8]，但日本在植被護坡設計中一般 把年降水量1 200 mm作為應用下限[9]，因此，在功 能材料上對其保水性能的研究較少。
我國巖石邊坡植被護坡技術在基質混合物人工 材料的選擇上與日本有很大差異：我國農業秸稈資 源豐富，纖維多采用易于獲取的秸稈纖維[10, 11];近 年來隨著高分子材料技術的發展，生產成本在不斷 下降，技術應用中多選用聚丙烯酰胺(PAM)作為黏 結材料；我國的降水分布極不均勻，為了增強基質 混合物的保水性能、提高植被存活率，高吸水樹脂 (SAP)也在巖石邊坡植被護坡工程中大量應用。但在 工程實踐中，對以上功能材料的應用還處于經驗性 的實踐階段，國內巖石邊坡植被護坡的研究主要集 中在新型生態材料、生態種植基及護坡施工方法等 方面[2, 10?14]，尚未見工程控制條件下功能材料效應 的定量研究報道。
PAM應用最廣泛的領域是防止水土流失，它能 吸附土壤表面的顆粒，起類似黏結物質的作用，可 使土壤形成大的團聚體抵抗雨滴的破壞作用，減少 降雨侵蝕[15?19]; SAP是保水劑的簡稱，它是一種有 機高分子樹脂，能吸收自身質量數百甚至上千倍的 水，具有反復吸水-釋放的功能，對調節土壤水分 和植物生長具有重要作用，其應用是近年來發展迅 速的化學節水技術[20?23]。雖然針對PAM及SAP兩 種高分子材料的研究已有很多成果，但均以自然土 壤為背景進行，基質混合物經人工改良后，在某 些理化性質上與土壤具有一定的差異，這些研究成 果還不足以定量支撐其在基質混合物中的效應評 價。
本文的目的是定量研究秸稈纖維、PAM及SAP 在基質混合物中的功能效應，為巖石邊坡植被工程 的效應評價及功能材料的應用提供理論依據。
2試驗材料與方法
2.1試驗設計
試驗采用單因子試驗設計，將秸稈纖維、PAM 及SAP作為單一影響因素加入到“基質混合物”中， 研究不同用量下其效應發揮及對基質混合物性質的 影響程度，所有試驗均設置3個重復，各功能材料 用量見表1。
2.2試驗材料
試驗所用PAM及SAP均由中國科學院成都有 機化學所提供，PAM分子量為600萬，水解度20%， SAP選用K類SAP，吸水倍率600倍，秸稈纖維為 豆科和禾本科植物秸稈粉碎而成，各占50%，纖維表1各功能材料用量長度為25?35 mm,含水量為12%。
試驗時將目標材料與植壤土 (土壤類型為紫色 土)及綠化基材(不含所試驗的3種材料，其他組成 見張俊云等[2]的相關研究)混合形成“基質混合物”， 采用干噴法噴射(12 m3空壓機、5 m3/h混凝土噴射 機)至試驗土槽內，噴射厚度為10 cm，未添加目標 材料時，基質混合物基本理化指標見表2。
表2基質混合物基本理化指標 Table 2 Physico-chemical indexes of substrate compound
pH值有機質全N全P全K水穩性團粒> 0.25 mm所占
/(g • kg 1)/(g • kg1) /(g • kg1) /(g^kg 1)百分率/«%
6.747.062.482.3421.8534.6
2.3試驗方法
2.3.1秸稈纖維的功能效應
試驗包括人工降雨試驗、基質混合物抗剪強度 試驗及收縮性分析試驗。人工模擬降雨設備由中國 科學院水利部水土保持研究所設計制造，模擬降雨 的最大有效面積為3.0 mx3.0m，降雨高度為4 m， 降雨量可調節范圍為30?300 mm/h，降雨均勻度系 數 90%?98%。
為有效模擬巖石邊坡植被護坡工程性狀，土槽 采用人工切割的黃色砂巖石板為底面，石板尺寸為 2.55 mx1.05 mx0.06 m(長x寬x厚)，上面用高為 15 cm、厚為1 cm的PVC板錨固形成凈空尺寸為 1.0 mx2.5 m(長x寬)的裝土槽，一方留徑流口，石板 與PVC板連接處用防水膠密封，整體放置于坡度可 調的移動支架上;在噴射施工48 h后進行人工降雨， 試驗坡度為60°，降雨強度為80 mm/h，降雨歷時 120 min。試驗過程用秒表記錄坡面產流時間，并每
3 min對徑流桶讀數一次，降雨結束后在徑流桶內用 1 000 mL燒杯采集水樣，過濾定量徑流，測定泥沙
含量。
在降雨試驗結束后，使用濕篩法測定基質混合 物水穩性團粒含量，并將試件放置于玻璃棚內，觀 測其失水后的收縮現象，測量產生裂縫時基質混合 物的含水量及最大收縮裂縫寬度(以含水量100 g/kg 為結束點)；用環刀取樣采用直剪法測量其抗剪強度 及基質混合物的自由收縮率(econ)、水平收縮率(rcon)， 以此來評價其整體穩定性。收縮率試驗的具體方法 見張俊云等[24]的相關研究。
2.3.2PAM的功能效應
試驗包括人工降雨試驗及基質混合物物理性質 分析。試件制作及降雨過程與秸稈纖維的功能效應 試驗相同，但在首次人工降雨后，每間隔20 d再進 行1次相同條件的人工降雨，共進行7次，每次降 雨試驗前將基質混合物含水量調整至與首次相同。
降雨試驗結束后，用環刀取樣分析基質混合物 容重及孔隙度；濕篩法測定其水穩性團粒含量。每 次取樣后，用相同基質混合物將取樣點填平，避免 其對下次降雨試驗產生影響。
2.3.3SAP的功能效應
土槽采用厚為1 cm的PVC板錨固而成，高度 為11 cm，面積為100 cmx 100 cm，中間用PVC隔
板分成兩半，其中一半的基質混合物混有7 g/m2的 高羊茅草種。用壓力模板法分析基質混合物的水分 特性；對未含草種的基質混合物用環刀取樣后去掉 上蓋，飽和吸水后放入恒溫箱內(40 °C)恒溫蒸發， 每4 h稱重一次，直至含水量達到穩定，研究其蒸 發特性；將失水穩定后的基質混合物進行吸水至飽 和，稱重計算飽和含水量后再放入恒溫箱內恒溫蒸 發，如此反復8次，研究其反復吸水特性；在進行 以上試驗的同時，對含有草種部分進行相同的管理 措施，觀察記錄出苗率及后期生長狀況。
3結果與討論
3.1秸桿纖維的功能效應
3.1.1 秸稈纖維對基質混合物抗剪強度的影響
基質混合物的抗剪強度體現了其抵抗外力的能 力，是評價其整體穩定性的重要指標。圖1所示為 基質混合物的抗剪強度(均為飽和含水條件下)不同 秸桿纖維用量下變化情況。由圖1可知，秸稈纖
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o o 2 1
10
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4
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0
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300
2
糖桿纖維用量/(kg • m、
圖1不同秸稈纖維用量下基質混合物的抗剪強度(^= 75 kPa)變化
Fig.1 Variation of shear strength(^= 75 kPa) of substrate in different amounts of straw fiber
維用量在4 kg/m2以下時，基質混合物的抗剪強度隨 用量增加而提高，秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應,與對照相比最高增加了 60°%以上; 但在4 kg/m2用量以后卻呈逐漸下降趨勢，說明過高 的秸稈纖維用量可降低基質混合物的抗剪強度，不 利于其穩定。基質混合物抗剪強度提高主要由于秸 稈纖維的加筋作用，使其具有了一定的可塑性，但 用量過高，可使基質混合物內部結構過于松散，降 低了顆粒間的摩擦阻力，使其正效應減弱，抗剪強 度減小。
3.1.2秸稈纖維對基質混合物收縮性的影響
基質混合物的收縮性是指基質混合物失水后的 收縮特性，對評價基質混合物的穩定具有重要意 義[24]。圖2, 3分別為不同植物纖維處理類型下基 質混合物的水平及自由收縮率與含水量的關系。由 圖2, 3可知，在含水量由高到低變化的初期，含纖 維的基質混合物的水平及自由收縮率均小于對照， 當基質混合物含水量降至某一點以下時，經秸稈纖維 處理的基質混合物各收縮率指標升高且超過對照。 產生以上現象的原因可能為：在含水量由高到低變 化的初期，基質混合物自身的收縮變形較小，且秸 稈纖維自身的含水量處于較高狀態，其吸水后對基 質混合物的骨架支撐作用相對顯著，使基質混合物 結構能相對穩定的保持，收縮率較低；但由于加入 秸稈纖維后，基質混合物的孔隙度較高，可被壓縮的 空間也大，當含水量降低至某一范圍后，秸稈纖維的 骨架支撐作用難以抵擋收縮變形，使收縮率增大， 圖4很好地說明了這一點，基質混合物的最大水平 及自由收縮率隨秸稈纖維的用量提高而加大。
500
400
200
100
含水量/(g • kg—丄）
圖 2 不同植物纖維處理類型下基質混合物的水平收縮率與 含水量的關系
Fig.2 Relationship between horizontal contraction rate and water content of substrate in different amounts of straw fiber
5004003002001000
含水量/(g • kg—1)
0
0
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圖3不同植物纖維處理類型下基質混合物的自由收縮率與 含水量的關系
Fig.3 Relationship between free contraction rate and water content of substrate in different amounts of straw fiber
876543210
%/齋黯婺屮^^一:
_最大水平收縮率 •最大自由收縮率
0 5 0 5 0 5 0
3 2 2 1 1
圖4基質混合物的最大水平收縮率及最大自由收縮率與植 物纖維處理類型的關系
Fig.4 Variational relationship between maximal horizontal contraction rate of substrate and maximal free contraction rate with amount of straw fiber
糖稈纖維用量/(kg • m 2)
收縮率的大小僅反映了基質混合物可收縮的程 度，而收縮至何時產生裂縫及裂縫的大小是評價其 整體穩定性的最直接指標。圖5為不同秸稈纖維用 量下基質混合物出現裂縫時的含水量及最大裂縫寬 度。由圖5可知，隨秸稈纖維用量的增加，基質混 合物出現裂縫時的含水量在不斷降低，并在4 kg/m2 的用量以后逐漸穩定，說明秸稈纖維使基質混合物 失水產生裂縫的時間延遲；從產生的最大裂縫寬度 可看出，并不是秸稈纖維的用量越高越好，處于中 間用量的D處效果最佳，與對照相比使裂縫寬度降 低了 80%以上，在4 kg/m2的用量以后，裂縫的加 大源于其過高的收縮率，使秸稈纖維的正效應減 弱。
圖5基質混合物出現裂縫時含水量及最大裂縫寬度與植物 纖維處理類型的關系
Fig.5 Variational relationship between water content and maximal crack width with amount of straw fiber when crack appears
3.1.3秸稈纖維對基質混合物侵蝕的影響
產沙量是衡量侵蝕強弱的一個直接標志，圖6 所示為不同秸稈纖維用量下基質混合物產沙量變 化。隨秸稈纖維用量的提高，在用量為3 kg/m2以下 時，產沙量呈下降趨勢，產沙量與對照相比最高降 低了近20%；在用量為3 kg/m2以上，隨用量的逐 漸增加，產沙量反呈上升趨勢，在6 kg/m2的用量之 后超過了對照。表明秸稈纖維對侵蝕的控制作用有 其適當的用量范圍，過高不利于基質混合物的穩定。 試驗條件下，從控制侵蝕角度考慮，秸稈纖維的適 宜用量應在3?4 kg/m2。
不同秸稈纖維用量下基質混合物的累積入滲量 的分析可以看出(圖7)，加入秸稈纖維后降水累積入 滲量與對照相比均有增加，且隨用量加大而提高， 觀測記錄的產流時間也有不同程度的延遲(最高達
圖6不同秸稈纖維用量下基質混合物產沙量變化圖 Fig.6 Sediment yield of substrate with different amounts of straw fiber
對照 A處理 B處理 C處理 D處理 E處理 F處理 G處理
圖7不同秸稈纖維用量下基質混合物的累積入滲量 Fig.7 Accumulation infiltration of substrate with different amounts of straw fiber
424 s)，導致徑流量的降低(圖8)，從而降低了徑流 的沖刷量，使產沙量減少。秸稈纖維正是通過改變 坡面的水文過程來影響侵蝕，所以秸稈纖維用量在 3 kg/m2以下時，隨用量逐漸增加產沙量呈降低趨 勢。隨用量的不斷提高，坡面徑流量在降低，產沙
100%)
Fig.8 Variation of runoff with different amounts of straw fiber (CK = 100%)
圖10不同PAM用量下基質混合物的累積入滲量 Fig. 10 Accumulation infiltration of substrate with different amounts of PAM
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量卻反而提高。從降雨過程對基質混合物的表面 觀察可知，秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應,高用量條件下，其表面結構更容易被雨 滴的濺蝕作用破壞，出現了表層塊狀脫落的現象， 導致產沙量的增加，說明過高的秸稈纖維用量使基 質混合物呈過于松散的狀態，易在雨水作用下破壞。 3.2 PAM的功能效應 3.2.1 PAM對基質混合物侵蝕的影響
進行首次人工降雨試驗時，不同PAM用量下 基質混合物的產沙量見圖9。由圖9可知，與對照 相比，無論哪種用量下，PAM都具有減少基質混合 物侵蝕量的效應，在用量為6 g/m2時，產沙量與對 照相比減少了 80%以上。但在PAM用量超過8 g/m2后，產沙量變化逐漸趨于平緩，表明PAM對 基質混合物侵蝕的控制效果并不隨著用量的加大而 無限制的增加，過量的PAM并不能充分發揮其效 應，從而造成浪費。從控制侵蝕及經濟成本的角 度考慮，基質混合物PAM的適宜用量應在8?12 g/m2。
re •
0
051015
PAM 用量/(g • m—2)
圖9不同PAM用量下基質混合物的產沙量 Fig.9 Sediment yield of substrate with different amounts of PAM
PAM降低侵蝕的原因從兩方面說明，一是對坡 面徑流的影響；二是對基質混合物水穩性團聚體的 影響。圖10所示為試驗條件下，首次人工降雨條件 下不同PAM用量下基質混合物的累積入滲量。當累 積降雨量達到10 mm時，經PAM處理的累積降水 入滲量開始顯著大于對照；在相同的降雨量下，隨 PAM用量的增加，累積降水入滲量也逐漸增大。入 滲量的提高主要是PAM對基質混合物結構良好的 維持，保持了其孔隙的連通性，降低了基質混合物 表面的封閉作用[25]。在相同降雨條件下，入滲量提 高導致坡面產流時間的延遲，使經PAM處理后的 坡面徑流量減少，產沙量降低。
首次人工降雨后，經PAM處理后的基質混合 物水穩性團聚體含量均明顯高于對照(圖11)，當用 量超過8 g/m2時，其含量增加了 30°%以上。原因在 于PAM表面大量的親水基團，通過氫鍵對黏粒吸 附、凝聚，使體積增大成為團聚體[23]。水穩性團聚 體的增加，降低了徑流攜帶土壤顆粒的能力，使基 質混合物的抗侵蝕能力增強，但隨著用量的增加， 水穩性團聚體的增加變化趨勢減慢，也表明在高用 量下，PAM的效應發揮有所限制。
0
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PAM 用量/(g • m—2)
圖11不同PAM用量下水穩性團聚體含量變化 Fig.11 Variation of water stable aggregate with different amounts of PAM
綜合以上試驗結論，PAM對基質混合物侵蝕的 控制表現在以下兩個方面：一是提高降雨入滲量， 使坡面產流時間的延遲，降低坡面徑流量；二是提 高基質混合物水穩性團聚體的含量。綜合作用使基 質混合物的抗侵蝕能力增強。
3.2.2 PAM對基質混合物孔隙度的影響
基質混合物孔隙度是對其功能評價的重要指 標。圖12所示為不同PAM用量下，基質混合物孔 隙度變化情況。與對照相比，加入PAM后，基質 混合物的孔隙度都有不同程度的上升，表明施加
圖12不同PAM用量下基質混合物孔隙度變化 Fig. 12 Variation of substrate porosity with different amounts of PAM
PAM后，基質混合物變得疏松，可使其維持良好的 滲透性和透氣性，有利于水、氣、熱的交換，從而 提高養分供給能力，利于植物生長，對防止基質混 合物的板結、龜裂等也有重要作用。與前面的試驗 結論相似，PAM的效應發揮隨用量增加逐漸減弱， 在用量為10 g/m2后，基質混合物孔隙度的變化漸趨 平緩。
3.2.3 PAM的時間尺度效應
由于PAM屬于可降解的高分子聚合物，在復 雜的土壤環境下，隨著時間的推移，其功效會逐漸 降低，定量評價PAM的功能效應需從時間尺度上 考慮。圖13所示為時間尺度下產沙量變化情況。經 PAM處理后的基質混合物產沙量均隨時間變化有 所提高，在低用量情況下，這種變化更顯著。在4 個月左右，A, C兩種處理產沙量提高了 50%以上， E，G兩種處理的產沙量變化相對較為平緩，仍可 將產沙量控制在較低水平，主要因為其初期絕對量 較高，導致部分降解后仍處于較高濃度。雖然PAM 具有降解的特性，在一定時間尺度條件下，會失去 應有的效果，但在工程應用中，人工建植植被
在2?4個月左右即可完全覆蓋坡面，發揮其對基 質混合物穩定的控制作用，秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應,所以在一定的用量下， PAM的降解對基質混合物穩定的影響較小，工程中 主要是應用其前期對侵蝕的控制作用。
圖13時間尺度下產沙量變化情況 Fig.13 Variation of sediment yield with time scale
影響PAM效應發揮的因素很多，不同PAM類 型及所用土壤類型等均會限制其在基質混合物中的 功效，基質混合物所用土壤類型及其與PAM特性 參數間的相互作用值得進一步研究。
3.3SAP的功能效應
3.3.1 SAP對基質混合物水分特性的影響
圖15所示為不同SAP處理的基質混合物飽和 含水量變化。由圖15可知，加入SAP后，基質混 合物的飽和含水量隨用量的增加均有不同程度的提 高，與對照相比最高提高了近1倍，表明SAP具有 提高基質混合物保水能力的效果，使其能在充分
對照的產沙量在第二、三次降雨過程中略有提 高，但隨后呈逐漸下降趨勢。產沙量的提高可能與 首次降雨形成的結皮有關，其減少了降水入滲，增 加了坡面徑流量，進而加大了基質混合物的侵蝕[25]; 后期產沙量的逐漸降低則可能與基質混合中人工添 加的泥炭等有機質的作用有關。在反復的浸水狀態 下，泥炭等有機質與土壤顆粒間逐漸從人工機械混 合狀態向自然狀態過渡，其對基質混合物的改良作 用也逐漸發揮，在一定程度上增加了基質混合物的 通透性及水穩性團聚體的含量。圖14所示為時間 尺度下水穩性團聚體含量變化情況，對照的水穩性 團聚體含量隨時間變化較初期略有升高，增加了其 抗侵蝕能力，而經PAM處理的則正好相反，水穩 性團聚體含量呈下降趨勢。雖然經PAM處理的基 質混合物中混合的有機質也有類似作用過程，但 PAM在這一過程中占主導地位，其功能衰退造成的 影響遠超過了泥炭的正效應。
圖14時間尺度下水穩性團聚體含量變化情況 Fig.14 Variation of water stable aggregate content with temporal scale
圖15不同SAP處理的基質混合物飽和含水量變化 Fig.15 Variation of saturated water content of substrate with different treatments of SAP
圖16不同SAP處理的基質混合物釋水過程 Fig.16 Releasing water process of substrate with different treatments of SAP
降水條件下存儲更多的水分。但飽和含水量的增加 在100 g/m2用量后變得不明顯，說明SAP的保水效 果并不是隨著用量的增大而無限制的增加，原因在 于高用量情況下其吸水膨脹的空間被限制，并不能 發揮其最大吸水效應。
飽和含水量反映出基質混合物對水分的容量大 小，而其所持水分的有效性則反映出被植物利用的 難易程度。圖16所示為不同SAP處理的基質混合 物釋水過程，借鑒土壤水分有效性的研究，將SAP 對基質混合物最大有效水含量的影響繪制成圖17， 圖17中用30 kPa吸力下的基質混合物含水量作為 田間持水量(有效水上限)，取1 500 kPa吸力下的含 水量作為萎蔫含水量(有效水下限)，兩者之間部分 為基質混合物有效水的最大含量。由圖17可知， 經SAP處理的基質混合物最大有效水含量均高于 對照，最高提高了 13%，SAP具有提高基質混合物 水分有效性的功效，但其效應同樣不隨SAP的用量 增加而無限制加大。SAP的用量在100 g/m2以下 時，隨用量逐漸增加，最大有效水含量呈上升趨勢， 超過100 g/m2后，最大有效水含量又逐漸降低，說 明適宜的SAP用量才能發揮其最大效應。由圖16 可知，基質混合物的萎蔫含水量是隨SAP的用量加 大而提高的，最大提高了 8%，超過了田間持水量 的增加幅度，因此，在高用量SAP下，基質混合物 較高的萎蔫含水量導致最大有效含水量的降低。
過高的萎蔫含水量可對基質混合物的抗旱能力 造成不利影響，以試驗結果為例，對照的萎蔫含水 量為85 g/kg，G處理的為165 g/kg，當基質混合物 的含水量降至165 g/kg以下時，G處理所存水分已 不能被植物吸收利用，而對照仍有80 g/kg的水分可
保水劑用量/(g • m—2)
圖17不同SAP處理的基質混合物的最大有效水含量 Fig.17 Maximal available water content of substrate with different treatments of SAP
用。當然這只是影響的一方面，秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應,抗旱能力的大小需 從庫容的大小及其含水量變化的時間尺度等角度綜 合考慮。
3.3.2 SAP對基質混合物水分蒸發的影響
圖18所示為模擬蒸發狀態下，不同處理的基質 混合物由飽和含水降至萎蔫含水量的時間變化。由 圖18可知，水分蒸發至萎蔫含水量的時間是隨SAP 的用量增加而延長的，說明在充分吸水之后，SAP 可延長基質混合物的抗旱時間。但由于其飽和含水 量有很大差異，起始點的不同導致不能直接闡明原 因，且一般情況下，工程應用中基質混合物的含水 量是難以達到飽和的。為了更好地說明問題，從試 驗結果中截取了部分數據(選取了含水量相近的起 始點，在292 g/kg左右)進行了分析繪制成圖19， 其表示的是不同處理的基質混合物由相同含水量降 至萎蔫含水量的時間變化。由圖19可知，SAP具
圖18不同處理的基質混合物由飽和含水降至萎蔫含水 量的時間變化
Fig.18 Temporal variation from saturated water content to wilting water content with different treatments of substrate
圖19不同處理的基質混合物由相同含水量降至萎蔫 含水量的時間變化
Fig.19 Temporal variation from same water content to wilting water content with different treatments of substrate
保水劑用量/(g • m—2)
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有明顯的抑制蒸發作用，延緩了水分喪失至植物無 法利用狀態的時間，其也存在隨用量增加效應降低 的轉折點，同樣是在高用量SAP下，基質混合物較 高的萎蔫含水量所造成的。
結合SAP對基質混合物水分特性的影響研究 可以發現，秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應,SAP的主要作用是提高基質混合物對水 分的庫容能力及有效水含量，并抑制蒸發，延緩水 分達到萎蔫點的時間，使基質混合物的抗旱能力得 到提高，但其效應并不隨用量增加而無限制加大， 甚至可出現反作用，試驗條件下，其理論用量應在
80 ?100 g/m2。
3.3.3 SAP在基質混合物中的反復吸水特性
SAP具有吸水-釋水-再吸水的反復吸水功 能，研究其在基質混合物中這一特性的變化規律對 指導應用具有重要意義。圖20所示為不同處理的基 質混合物飽和含水量隨吸釋次數變化情況。由
對照
A處理 B處理 C處理 D處理 E處理 F處理 G處理
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吸釋次數/次
圖20不同處理的基質混合物飽和含水量隨吸釋次數變化 情況
Fig.20 Variation of saturated water content with absorption- release times by different treatments of substrate
圖20可知，隨次數的增加，經SAP處理的基質混 合物的飽和含水量不斷下降，部分低用量的飽和含 水量已接近對照，最高用量的G處理的飽和含水量 也下降了 40°%，僅比對照高出80 g/kg，說明基質混 合物中SAP經反復吸水釋放后，其吸水功能會逐漸 下降甚至喪失。
SAP吸水功能降低的原因很復雜，水解作用、 微生物降解及金屬離子的拮抗反應等均可使其功能 喪失，因此，SAP在基質混合物中的功能效應具有 明顯的時間尺度效應，在基質混合物中的作用僅為 保證植被建成過程中的水分供應，減少水分養護投 入。
3.3.4 SAP對植被生長發育的影響
應用SAP的目的是在有限條件下保障植被生 長的水分供應，因此，使用后植被生長狀況的好壞 是對其效應的最直接評價。圖21所示為不同處理 基質的草種發芽率變化。在相同的管理措施下，經 適量SAP處理后，其出苗率明顯高于對照，最高提 高了 12%，但在高用量下，出苗率反低于對照，對 其試件取樣后觀察發現，基質混合物中的較多種子 有明顯的霉爛現象，主要因為過高用量的SAP儲水 量過大，造成通氣不暢。
圖22所示為在播種后2個月，草種生長高度變 化，與SAP對發芽的影響有相似的結論，經適宜 SAP處理的植株生長高度與對照相比增加了 10%， 高用量下的植株不僅低矮且葉色枯黃，處于不健康 狀態，取樣后發現其根系有腐爛的現象，同樣是由 于通氣不暢，影響其呼吸造成的。
從以上試驗可知，基質混合物中SAP的用量在
0o o o o
10 9 8 7
ss/姻榧氺胡悉e
5 0
9 9
0 5 0 5 0 8 7 7 6 6
%/齋軚靶
55 -
50 !111
050100150
保水劑用量/(g • m—2)
圖21不同處理基質的草種發芽率變化 Fig.21 Variation of germination rate with different treatments of substrate
130 -
120 ■ .
60 ■
50
050100150
保水劑用量/(g • m—2)
圖22不同處理基質的草種生長高度變化 Fig.22 Variation of grass height with different treatments of substrate
80 g/m2左右時，最有利于植被的生長發育。SAP不 是造水劑，必須具備一定的條件才能發揮其功效， 不同的植被類型、不同的氣候條件及基質混合中所 用土壤的質地均可對其效應發揮造成影響，還需近 一步進行深入研究。
4結論
(1)適量的秸稈纖維具有提高基質混合物的抗 剪強度、延緩基質混合物失水收縮產生裂縫的時 間、減小裂縫的寬度及降低侵蝕產沙量等作用，對 基質混合物的整體穩定具有重要作用。秸稈纖維聚丙烯酰胺及高吸水樹脂在巖石邊坡植被護坡中的效應,但用量過高 反而有負效應，產生不利影響，試驗條件下，其適 宜用量在4 kg/m2左右。
(2)適量的PAM具有減少基質混合物侵蝕量、 增加孔隙度的效應，利于基質混合物的穩定。PAM
的作用不隨用量的加大而無限制的增加，試驗條件 下，用量在10 g/m2左右效果較好，且其功能發揮具 有明顯的時間尺度效應，隨時間的推移，PAM的功 效會逐漸喪失。
(3)適量的SAP具有提高基質混合物的水分容 量、增加有效水含量及抑制蒸發的作用，使基質混 合物的抗旱能力得到提高，利于植物發芽生長。但 SAP的吸釋水過程不能被無限制的反復利用，過高 的用量也不利于其效應發揮，甚至出現反作用，影 響植被的生長發育，試驗條件下其用量在80 g/m2 左右時效果最好。
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