秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应:
秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应,基质混合物是岩石边坡植被护坡工程植被稳定生长的物质基础，在有限的物质条件下，其功能实现决定于 功能材料的效应发挥。秸秆纤维、聚丙烯酰胺及高吸水树脂是基质混合物中主要的功能材料，通过试验定量研究 了秸秆纤维、聚丙烯酰胺及高吸水树脂在基质混合物中的功能效应。研究结果表示：秸秆纤维通过提高基质混合 物的抗剪强度、延缓收缩产生裂缝的时间、减小裂缝宽度及降低侵蚀产沙等作用使基质混合物的整体稳定性得以 良好的保持，但用量过高却有不利影响；聚丙烯酰胺可提高基质混合物降雨入渗量，使坡面产流时间延迟，降低 坡面径流量，并可提高基质混合物水稳性团聚体的含量，使基质混合物的抗侵蚀能力增强，聚丙烯酰胺还可增加 基质混合物孔隙度，使基质混合物变得疏松，维持良好的渗透性和透气性，利于植被生长，但其效应不随用量的 增加而无限制的提高，并具有明显的时间尺度效应，其功能随时间推移而丧失；适量的高吸水树脂具有提高基质 混合物水分容量、增加有效水含量及抑制蒸发的作用，可延缓水分达到萎蔫点的时间，使基质混合物的抗旱能力 得到提高，但高吸水树脂的吸释水过程不能被无限制的反复利用，过高的用量影响基质混合物的透气状况，使植 被的生长发育受阻；试验条件下，植物秸秆纤维、聚丙烯酰胺及高吸水树脂在基质混合物中的适宜用量分别4kg/m2，10 及 80 g/m2 左右。
引言
岩石边坡植被护坡工程通过构建“基质混合 物一植被，，系统来防护整个坡面[1]。基质混合物 具有提供植被生长所需的合理物理结构及水分养分 功能，且自身具有一定的稳定性，是岩石边坡植被 护坡工程植被稳定生长的物质基础，在有限的物质 条件下(工程应用厚度一般在10 cm以下)，其功能 实现决定于人工添加材料的效应发挥[1’ 2]。
如何提高基质混合物的稳定性及水分保持能力 是技术应用中需要解决的重要问题[1,2]。日本针对 岩石边坡开发的植被护坡方法(如纤维土绿化工法、 高次团粒SF绿化工法及连续纤维绿化工法)都将纤 维及黏结剂作为提高基质混合物稳定性的载体，目 的是提高其抵抗外力的能力，应用的纤维类型可分 为有机质短纤维、无机质短纤维及连续纤维等，黏 结剂有硅酸岩水泥、乳化浙青、合成树脂及高分子 聚合物等材料[3〜8]，但日本在植被护坡设计中一般 把年降水量1 200 mm作为应用下限[9]，因此，在功 能材料上对其保水性能的研究较少。
我国岩石边坡植被护坡技术在基质混合物人工 材料的选择上与日本有很大差异：我国农业秸秆资 源丰富，纤维多采用易于获取的秸秆纤维[10, 11];近 年来随着高分子材料技术的发展，生产成本在不断 下降，技术应用中多选用聚丙烯酰胺(PAM)作为黏 结材料；我国的降水分布极不均匀，为了增强基质 混合物的保水性能、提高植被存活率，高吸水树脂 (SAP)也在岩石边坡植被护坡工程中大量应用。但在 工程实践中，对以上功能材料的应用还处于经验性 的实践阶段，国内岩石边坡植被护坡的研究主要集 中在新型生态材料、生态种植基及护坡施工方法等 方面[2, 10〜14]，尚未见工程控制条件下功能材料效应 的定量研究报道。
PAM应用最广泛的领域是防止水土流失，它能 吸附土壤表面的颗粒，起类似黏结物质的作用，可 使土壤形成大的团聚体抵抗雨滴的破坏作用，减少 降雨侵蚀[15〜19]; SAP是保水剂的简称，它是一种有 机高分子树脂，能吸收自身质量数百甚至上千倍的 水，具有反复吸水-释放的功能，对调节土壤水分 和植物生长具有重要作用，其应用是近年来发展迅 速的化学节水技术[20〜23]。虽然针对PAM及SAP两 种高分子材料的研究已有很多成果，但均以自然土 壤为背景进行，基质混合物经人工改良后，在某 些理化性质上与土壤具有一定的差异，这些研究成 果还不足以定量支撑其在基质混合物中的效应评 价。
本文的目的是定量研究秸秆纤维、PAM及SAP 在基质混合物中的功能效应，为岩石边坡植被工程 的效应评价及功能材料的应用提供理论依据。
2试验材料与方法
2.1试验设计
试验采用单因子试验设计，将秸秆纤维、PAM 及SAP作为单一影响因素加入到“基质混合物”中， 研究不同用量下其效应发挥及对基质混合物性质的 影响程度，所有试验均设置3个重复，各功能材料 用量见表1。
2.2试验材料
试验所用PAM及SAP均由中国科学院成都有 机化学所提供，PAM分子量为600万，水解度20%， SAP选用K类SAP，吸水倍率600倍，秸秆纤维为 豆科和禾本科植物秸秆粉碎而成，各占50%，纤维表1各功能材料用量长度为25〜35 mm,含水量为12%。
试验时将目标材料与植壤土 (土壤类型为紫色 土)及绿化基材(不含所试验的3种材料，其他组成 见张俊云等[2]的相关研究)混合形成“基质混合物”， 采用干喷法喷射(12 m3空压机、5 m3/h混凝土喷射 机)至试验土槽内，喷射厚度为10 cm，未添加目标 材料时，基质混合物基本理化指标见表2。
表2基质混合物基本理化指标 Table 2 Physico-chemical indexes of substrate compound
pH值有机质全N全P全K水稳性团粒> 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试验方法
2.3.1秸秆纤维的功能效应
试验包括人工降雨试验、基质混合物抗剪强度 试验及收缩性分析试验。人工模拟降雨设备由中国 科学院水利部水土保持研究所设计制造，模拟降雨 的最大有效面积为3.0 mx3.0m，降雨高度为4 m， 降雨量可调节范围为30〜300 mm/h，降雨均匀度系 数 90%〜98%。
为有效模拟岩石边坡植被护坡工程性状，土槽 采用人工切割的黄色砂岩石板为底面，石板尺寸为 2.55 mx1.05 mx0.06 m(长x宽x厚)，上面用高为 15 cm、厚为1 cm的PVC板锚固形成净空尺寸为 1.0 mx2.5 m(长x宽)的装土槽，一方留径流口，石板 与PVC板连接处用防水胶密封，整体放置于坡度可 调的移动支架上;在喷射施工48 h后进行人工降雨， 试验坡度为60°，降雨强度为80 mm/h，降雨历时 120 min。试验过程用秒表记录坡面产流时间，并每
3 min对径流桶读数一次，降雨结束后在径流桶内用 1 000 mL烧杯采集水样，过滤定量径流，测定泥沙
含量。
在降雨试验结束后，使用湿筛法测定基质混合 物水稳性团粒含量，并将试件放置于玻璃棚内，观 测其失水后的收缩现象，测量产生裂缝时基质混合 物的含水量及最大收缩裂缝宽度(以含水量100 g/kg 为结束点)；用环刀取样采用直剪法测量其抗剪强度 及基质混合物的自由收缩率(econ)、水平收缩率(rcon)， 以此来评价其整体稳定性。收缩率试验的具体方法 见张俊云等[24]的相关研究。
2.3.2PAM的功能效应
试验包括人工降雨试验及基质混合物物理性质 分析。试件制作及降雨过程与秸秆纤维的功能效应 试验相同，但在首次人工降雨后，每间隔20 d再进 行1次相同条件的人工降雨，共进行7次，每次降 雨试验前将基质混合物含水量调整至与首次相同。
降雨试验结束后，用环刀取样分析基质混合物 容重及孔隙度；湿筛法测定其水稳性团粒含量。每 次取样后，用相同基质混合物将取样点填平，避免 其对下次降雨试验产生影响。
2.3.3SAP的功能效应
土槽采用厚为1 cm的PVC板锚固而成，高度 为11 cm，面积为100 cmx 100 cm，中间用PVC隔
板分成两半，其中一半的基质混合物混有7 g/m2的 高羊茅草种。用压力模板法分析基质混合物的水分 特性；对未含草种的基质混合物用环刀取样后去掉 上盖，饱和吸水后放入恒温箱内(40 °C)恒温蒸发， 每4 h称重一次，直至含水量达到稳定，研究其蒸 发特性；将失水稳定后的基质混合物进行吸水至饱 和，称重计算饱和含水量后再放入恒温箱内恒温蒸 发，如此反复8次，研究其反复吸水特性；在进行 以上试验的同时，对含有草种部分进行相同的管理 措施，观察记录出苗率及后期生长状况。
3结果与讨论
3.1秸杆纤维的功能效应
3.1.1 秸秆纤维对基质混合物抗剪强度的影响
基质混合物的抗剪强度体现了其抵抗外力的能 力，是评价其整体稳定性的重要指标。图1所示为 基质混合物的抗剪强度(均为饱和含水条件下)不同 秸杆纤维用量下变化情况。由图1可知，秸秆纤
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糖杆纤维用量/(kg • m、
图1不同秸秆纤维用量下基质混合物的抗剪强度(^= 75 kPa)变化
Fig.1 Variation of shear strength(^= 75 kPa) of substrate in different amounts of straw fiber
维用量在4 kg/m2以下时，基质混合物的抗剪强度随 用量增加而提高，秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应,与对照相比最高增加了 60°%以上; 但在4 kg/m2用量以后却呈逐渐下降趋势，说明过高 的秸秆纤维用量可降低基质混合物的抗剪强度，不 利于其稳定。基质混合物抗剪强度提高主要由于秸 秆纤维的加筋作用，使其具有了一定的可塑性，但 用量过高，可使基质混合物内部结构过于松散，降 低了颗粒间的摩擦阻力，使其正效应减弱，抗剪强 度减小。
3.1.2秸秆纤维对基质混合物收缩性的影响
基质混合物的收缩性是指基质混合物失水后的 收缩特性，对评价基质混合物的稳定具有重要意 义[24]。图2, 3分别为不同植物纤维处理类型下基 质混合物的水平及自由收缩率与含水量的关系。由 图2, 3可知，在含水量由高到低变化的初期，含纤 维的基质混合物的水平及自由收缩率均小于对照， 当基质混合物含水量降至某一点以下时，经秸秆纤维 处理的基质混合物各收缩率指标升高且超过对照。 产生以上现象的原因可能为：在含水量由高到低变 化的初期，基质混合物自身的收缩变形较小，且秸 秆纤维自身的含水量处于较高状态，其吸水后对基 质混合物的骨架支撑作用相对显著，使基质混合物 结构能相对稳定的保持，收缩率较低；但由于加入 秸秆纤维后，基质混合物的孔隙度较高，可被压缩的 空间也大，当含水量降低至某一范围后，秸秆纤维的 骨架支撑作用难以抵挡收缩变形，使收缩率增大， 图4很好地说明了这一点，基质混合物的最大水平 及自由收缩率随秸秆纤维的用量提高而加大。
500
400
200
100
含水量/(g • kg—丄）
图 2 不同植物纤维处理类型下基质混合物的水平收缩率与 含水量的关系
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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图3不同植物纤维处理类型下基质混合物的自由收缩率与 含水量的关系
Fig.3 Relationship between free contraction rate and water content of substrate in different amounts of straw fiber
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%/齋黯婺屮^^一:
_最大水平收缩率 •最大自由收缩率
0 5 0 5 0 5 0
3 2 2 1 1
图4基质混合物的最大水平收缩率及最大自由收缩率与植 物纤维处理类型的关系
Fig.4 Variational relationship between maximal horizontal contraction rate of substrate and maximal free contraction rate with amount of straw fiber
糖秆纤维用量/(kg • m 2)
收缩率的大小仅反映了基质混合物可收缩的程 度，而收缩至何时产生裂缝及裂缝的大小是评价其 整体稳定性的最直接指标。图5为不同秸秆纤维用 量下基质混合物出现裂缝时的含水量及最大裂缝宽 度。由图5可知，随秸秆纤维用量的增加，基质混 合物出现裂缝时的含水量在不断降低，并在4 kg/m2 的用量以后逐渐稳定，说明秸秆纤维使基质混合物 失水产生裂缝的时间延迟；从产生的最大裂缝宽度 可看出，并不是秸秆纤维的用量越高越好，处于中 间用量的D处效果最佳，与对照相比使裂缝宽度降 低了 80%以上，在4 kg/m2的用量以后，裂缝的加 大源于其过高的收缩率，使秸秆纤维的正效应减 弱。
图5基质混合物出现裂缝时含水量及最大裂缝宽度与植物 纤维处理类型的关系
Fig.5 Variational relationship between water content and maximal crack width with amount of straw fiber when crack appears
3.1.3秸秆纤维对基质混合物侵蚀的影响
产沙量是衡量侵蚀强弱的一个直接标志，图6 所示为不同秸秆纤维用量下基质混合物产沙量变 化。随秸秆纤维用量的提高，在用量为3 kg/m2以下 时，产沙量呈下降趋势，产沙量与对照相比最高降 低了近20%；在用量为3 kg/m2以上，随用量的逐 渐增加，产沙量反呈上升趋势，在6 kg/m2的用量之 后超过了对照。表明秸秆纤维对侵蚀的控制作用有 其适当的用量范围，过高不利于基质混合物的稳定。 试验条件下，从控制侵蚀角度考虑，秸秆纤维的适 宜用量应在3〜4 kg/m2。
不同秸秆纤维用量下基质混合物的累积入渗量 的分析可以看出(图7)，加入秸秆纤维后降水累积入 渗量与对照相比均有增加，且随用量加大而提高， 观测记录的产流时间也有不同程度的延迟(最高达
图6不同秸秆纤维用量下基质混合物产沙量变化图 Fig.6 Sediment yield of substrate with different amounts of straw fiber
对照 A处理 B处理 C处理 D处理 E处理 F处理 G处理
图7不同秸秆纤维用量下基质混合物的累积入渗量 Fig.7 Accumulation infiltration of substrate with different amounts of straw fiber
424 s)，导致径流量的降低(图8)，从而降低了径流 的冲刷量，使产沙量减少。秸秆纤维正是通过改变 坡面的水文过程来影响侵蚀，所以秸秆纤维用量在 3 kg/m2以下时，随用量逐渐增加产沙量呈降低趋 势。随用量的不断提高，坡面径流量在降低，产沙
100%)
Fig.8 Variation of runoff with different amounts of straw fiber (CK = 100%)
图10不同PAM用量下基质混合物的累积入渗量 Fig. 10 Accumulation infiltration of substrate with different amounts of PAM
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量却反而提高。从降雨过程对基质混合物的表面 观察可知，秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应,高用量条件下，其表面结构更容易被雨 滴的溅蚀作用破坏，出现了表层块状脱落的现象， 导致产沙量的增加，说明过高的秸秆纤维用量使基 质混合物呈过于松散的状态，易在雨水作用下破坏。 3.2 PAM的功能效应 3.2.1 PAM对基质混合物侵蚀的影响
进行首次人工降雨试验时，不同PAM用量下 基质混合物的产沙量见图9。由图9可知，与对照 相比，无论哪种用量下，PAM都具有减少基质混合 物侵蚀量的效应，在用量为6 g/m2时，产沙量与对 照相比减少了 80%以上。但在PAM用量超过8 g/m2后，产沙量变化逐渐趋于平缓，表明PAM对 基质混合物侵蚀的控制效果并不随着用量的加大而 无限制的增加，过量的PAM并不能充分发挥其效 应，从而造成浪费。从控制侵蚀及经济成本的角 度考虑，基质混合物PAM的适宜用量应在8〜12 g/m2。
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0
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PAM 用量/(g • m—2)
图9不同PAM用量下基质混合物的产沙量 Fig.9 Sediment yield of substrate with different amounts of PAM
PAM降低侵蚀的原因从两方面说明，一是对坡 面径流的影响；二是对基质混合物水稳性团聚体的 影响。图10所示为试验条件下，首次人工降雨条件 下不同PAM用量下基质混合物的累积入渗量。当累 积降雨量达到10 mm时，经PAM处理的累积降水 入渗量开始显著大于对照；在相同的降雨量下，随 PAM用量的增加，累积降水入渗量也逐渐增大。入 渗量的提高主要是PAM对基质混合物结构良好的 维持，保持了其孔隙的连通性，降低了基质混合物 表面的封闭作用[25]。在相同降雨条件下，入渗量提 高导致坡面产流时间的延迟，使经PAM处理后的 坡面径流量减少，产沙量降低。
首次人工降雨后，经PAM处理后的基质混合 物水稳性团聚体含量均明显高于对照(图11)，当用 量超过8 g/m2时，其含量增加了 30°%以上。原因在 于PAM表面大量的亲水基团，通过氢键对黏粒吸 附、凝聚，使体积增大成为团聚体[23]。水稳性团聚 体的增加，降低了径流携带土壤颗粒的能力，使基 质混合物的抗侵蚀能力增强，但随着用量的增加， 水稳性团聚体的增加变化趋势减慢，也表明在高用 量下，PAM的效应发挥有所限制。
0
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PAM 用量/(g • m—2)
图11不同PAM用量下水稳性团聚体含量变化 Fig.11 Variation of water stable aggregate with different amounts of PAM
综合以上试验结论，PAM对基质混合物侵蚀的 控制表现在以下两个方面：一是提高降雨入渗量， 使坡面产流时间的延迟，降低坡面径流量；二是提 高基质混合物水稳性团聚体的含量。综合作用使基 质混合物的抗侵蚀能力增强。
3.2.2 PAM对基质混合物孔隙度的影响
基质混合物孔隙度是对其功能评价的重要指 标。图12所示为不同PAM用量下，基质混合物孔 隙度变化情况。与对照相比，加入PAM后，基质 混合物的孔隙度都有不同程度的上升，表明施加
图12不同PAM用量下基质混合物孔隙度变化 Fig. 12 Variation of substrate porosity with different amounts of PAM
PAM后，基质混合物变得疏松，可使其维持良好的 渗透性和透气性，有利于水、气、热的交换，从而 提高养分供给能力，利于植物生长，对防止基质混 合物的板结、龟裂等也有重要作用。与前面的试验 结论相似，PAM的效应发挥随用量增加逐渐减弱， 在用量为10 g/m2后，基质混合物孔隙度的变化渐趋 平缓。
3.2.3 PAM的时间尺度效应
由于PAM属于可降解的高分子聚合物，在复 杂的土壤环境下，随着时间的推移，其功效会逐渐 降低，定量评价PAM的功能效应需从时间尺度上 考虑。图13所示为时间尺度下产沙量变化情况。经 PAM处理后的基质混合物产沙量均随时间变化有 所提高，在低用量情况下，这种变化更显著。在4 个月左右，A, C两种处理产沙量提高了 50%以上， E，G两种处理的产沙量变化相对较为平缓，仍可 将产沙量控制在较低水平，主要因为其初期绝对量 较高，导致部分降解后仍处于较高浓度。虽然PAM 具有降解的特性，在一定时间尺度条件下，会失去 应有的效果，但在工程应用中，人工建植植被
在2〜4个月左右即可完全覆盖坡面，发挥其对基 质混合物稳定的控制作用，秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应,所以在一定的用量下， PAM的降解对基质混合物稳定的影响较小，工程中 主要是应用其前期对侵蚀的控制作用。
图13时间尺度下产沙量变化情况 Fig.13 Variation of sediment yield with time scale
影响PAM效应发挥的因素很多，不同PAM类 型及所用土壤类型等均会限制其在基质混合物中的 功效，基质混合物所用土壤类型及其与PAM特性 参数间的相互作用值得进一步研究。
3.3SAP的功能效应
3.3.1 SAP对基质混合物水分特性的影响
图15所示为不同SAP处理的基质混合物饱和 含水量变化。由图15可知，加入SAP后，基质混 合物的饱和含水量随用量的增加均有不同程度的提 高，与对照相比最高提高了近1倍，表明SAP具有 提高基质混合物保水能力的效果，使其能在充分
对照的产沙量在第二、三次降雨过程中略有提 高，但随后呈逐渐下降趋势。产沙量的提高可能与 首次降雨形成的结皮有关，其减少了降水入渗，增 加了坡面径流量，进而加大了基质混合物的侵蚀[25]; 后期产沙量的逐渐降低则可能与基质混合中人工添 加的泥炭等有机质的作用有关。在反复的浸水状态 下，泥炭等有机质与土壤颗粒间逐渐从人工机械混 合状态向自然状态过渡，其对基质混合物的改良作 用也逐渐发挥，在一定程度上增加了基质混合物的 通透性及水稳性团聚体的含量。图14所示为时间 尺度下水稳性团聚体含量变化情况，对照的水稳性 团聚体含量随时间变化较初期略有升高，增加了其 抗侵蚀能力，而经PAM处理的则正好相反，水稳 性团聚体含量呈下降趋势。虽然经PAM处理的基 质混合物中混合的有机质也有类似作用过程，但 PAM在这一过程中占主导地位，其功能衰退造成的 影响远超过了泥炭的正效应。
图14时间尺度下水稳性团聚体含量变化情况 Fig.14 Variation of water stable aggregate content with temporal scale
图15不同SAP处理的基质混合物饱和含水量变化 Fig.15 Variation of saturated water content of substrate with different treatments of SAP
图16不同SAP处理的基质混合物释水过程 Fig.16 Releasing water process of substrate with different treatments of SAP
降水条件下存储更多的水分。但饱和含水量的增加 在100 g/m2用量后变得不明显，说明SAP的保水效 果并不是随着用量的增大而无限制的增加，原因在 于高用量情况下其吸水膨胀的空间被限制，并不能 发挥其最大吸水效应。
饱和含水量反映出基质混合物对水分的容量大 小，而其所持水分的有效性则反映出被植物利用的 难易程度。图16所示为不同SAP处理的基质混合 物释水过程，借鉴土壤水分有效性的研究，将SAP 对基质混合物最大有效水含量的影响绘制成图17， 图17中用30 kPa吸力下的基质混合物含水量作为 田间持水量(有效水上限)，取1 500 kPa吸力下的含 水量作为萎蔫含水量(有效水下限)，两者之间部分 为基质混合物有效水的最大含量。由图17可知， 经SAP处理的基质混合物最大有效水含量均高于 对照，最高提高了 13%，SAP具有提高基质混合物 水分有效性的功效，但其效应同样不随SAP的用量 增加而无限制加大。SAP的用量在100 g/m2以下 时，随用量逐渐增加，最大有效水含量呈上升趋势， 超过100 g/m2后，最大有效水含量又逐渐降低，说 明适宜的SAP用量才能发挥其最大效应。由图16 可知，基质混合物的萎蔫含水量是随SAP的用量加 大而提高的，最大提高了 8%，超过了田间持水量 的增加幅度，因此，在高用量SAP下，基质混合物 较高的萎蔫含水量导致最大有效含水量的降低。
过高的萎蔫含水量可对基质混合物的抗旱能力 造成不利影响，以试验结果为例，对照的萎蔫含水 量为85 g/kg，G处理的为165 g/kg，当基质混合物 的含水量降至165 g/kg以下时，G处理所存水分已 不能被植物吸收利用，而对照仍有80 g/kg的水分可
保水剂用量/(g • m—2)
图17不同SAP处理的基质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。当然这只是影响的一方面，秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应,抗旱能力的大小需 从库容的大小及其含水量变化的时间尺度等角度综 合考虑。
3.3.2 SAP对基质混合物水分蒸发的影响
图18所示为模拟蒸发状态下，不同处理的基质 混合物由饱和含水降至萎蔫含水量的时间变化。由 图18可知，水分蒸发至萎蔫含水量的时间是随SAP 的用量增加而延长的，说明在充分吸水之后，SAP 可延长基质混合物的抗旱时间。但由于其饱和含水 量有很大差异，起始点的不同导致不能直接阐明原 因，且一般情况下，工程应用中基质混合物的含水 量是难以达到饱和的。为了更好地说明问题，从试 验结果中截取了部分数据(选取了含水量相近的起 始点，在292 g/kg左右)进行了分析绘制成图19， 其表示的是不同处理的基质混合物由相同含水量降 至萎蔫含水量的时间变化。由图19可知，SAP具
图18不同处理的基质混合物由饱和含水降至萎蔫含水 量的时间变化
Fig.18 Temporal variation from saturated water content to wilting water content with different treatments of substrate
图19不同处理的基质混合物由相同含水量降至萎蔫 含水量的时间变化
Fig.19 Temporal variation from same water content to wilting water content with different treatments of substrate
保水剂用量/(g • m—2)
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有明显的抑制蒸发作用，延缓了水分丧失至植物无 法利用状态的时间，其也存在随用量增加效应降低 的转折点，同样是在高用量SAP下，基质混合物较 高的萎蔫含水量所造成的。
结合SAP对基质混合物水分特性的影响研究 可以发现，秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应,SAP的主要作用是提高基质混合物对水 分的库容能力及有效水含量，并抑制蒸发，延缓水 分达到萎蔫点的时间，使基质混合物的抗旱能力得 到提高，但其效应并不随用量增加而无限制加大， 甚至可出现反作用，试验条件下，其理论用量应在
80 〜100 g/m2。
3.3.3 SAP在基质混合物中的反复吸水特性
SAP具有吸水-释水-再吸水的反复吸水功 能，研究其在基质混合物中这一特性的变化规律对 指导应用具有重要意义。图20所示为不同处理的基 质混合物饱和含水量随吸释次数变化情况。由
对照
A处理 B处理 C处理 D处理 E处理 F处理 G处理
13579
吸释次数/次
图20不同处理的基质混合物饱和含水量随吸释次数变化 情况
Fig.20 Variation of saturated water content with absorption- release times by different treatments of substrate
图20可知，随次数的增加，经SAP处理的基质混 合物的饱和含水量不断下降，部分低用量的饱和含 水量已接近对照，最高用量的G处理的饱和含水量 也下降了 40°%，仅比对照高出80 g/kg，说明基质混 合物中SAP经反复吸水释放后，其吸水功能会逐渐 下降甚至丧失。
SAP吸水功能降低的原因很复杂，水解作用、 微生物降解及金属离子的拮抗反应等均可使其功能 丧失，因此，SAP在基质混合物中的功能效应具有 明显的时间尺度效应，在基质混合物中的作用仅为 保证植被建成过程中的水分供应，减少水分养护投 入。
3.3.4 SAP对植被生长发育的影响
应用SAP的目的是在有限条件下保障植被生 长的水分供应，因此，使用后植被生长状况的好坏 是对其效应的最直接评价。图21所示为不同处理 基质的草种发芽率变化。在相同的管理措施下，经 适量SAP处理后，其出苗率明显高于对照，最高提 高了 12%，但在高用量下，出苗率反低于对照，对 其试件取样后观察发现，基质混合物中的较多种子 有明显的霉烂现象，主要因为过高用量的SAP储水 量过大，造成通气不畅。
图22所示为在播种后2个月，草种生长高度变 化，与SAP对发芽的影响有相似的结论，经适宜 SAP处理的植株生长高度与对照相比增加了 10%， 高用量下的植株不仅低矮且叶色枯黄，处于不健康 状态，取样后发现其根系有腐烂的现象，同样是由 于通气不畅，影响其呼吸造成的。
从以上试验可知，基质混合物中SAP的用量在
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5 0
9 9
0 5 0 5 0 8 7 7 6 6
%/齋軚靶
55 -
50 !111
050100150
保水剂用量/(g • m—2)
图21不同处理基质的草种发芽率变化 Fig.21 Variation of germination rate with different treatments of substrate
130 -
120 ■ .
60 ■
50
050100150
保水剂用量/(g • m—2)
图22不同处理基质的草种生长高度变化 Fig.22 Variation of grass height with different treatments of substrate
80 g/m2左右时，最有利于植被的生长发育。SAP不 是造水剂，必须具备一定的条件才能发挥其功效， 不同的植被类型、不同的气候条件及基质混合中所 用土壤的质地均可对其效应发挥造成影响，还需近 一步进行深入研究。
4结论
(1)适量的秸秆纤维具有提高基质混合物的抗 剪强度、延缓基质混合物失水收缩产生裂缝的时 间、减小裂缝的宽度及降低侵蚀产沙量等作用，对 基质混合物的整体稳定具有重要作用。秸秆纤维聚丙烯酰胺及高吸水树脂在岩石边坡植被护坡中的效应,但用量过高 反而有负效应，产生不利影响，试验条件下，其适 宜用量在4 kg/m2左右。
(2)适量的PAM具有减少基质混合物侵蚀量、 增加孔隙度的效应，利于基质混合物的稳定。PAM
的作用不随用量的加大而无限制的增加，试验条件 下，用量在10 g/m2左右效果较好，且其功能发挥具 有明显的时间尺度效应，随时间的推移，PAM的功 效会逐渐丧失。
(3)适量的SAP具有提高基质混合物的水分容 量、增加有效水含量及抑制蒸发的作用，使基质混 合物的抗旱能力得到提高，利于植物发芽生长。但 SAP的吸释水过程不能被无限制的反复利用，过高 的用量也不利于其效应发挥，甚至出现反作用，影 响植被的生长发育，试验条件下其用量在80 g/m2 左右时效果最好。
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