生活在爱达荷南部魔谷(magic valley)的农民,从90年前定居在那里后,把一片高纬度沙漠,改造成农业耕地,种上苜蓿、小麦、大麦、马铃薯、甜菜、玉米和豆类。

当地每年只有约7毫米的降雨量(夏季一点都没有)的土地供应水,魔谷的农民给他们大部分地块的庄稼“解渴”,用的却是不值钱的犁沟,里面有含有松土的水沿着一排排作物流动着。但水沿着沟流动时,冲走了有价值的表土,至于冲刷了多少那是因作物不同、土壤不同和气候不同而有所不同。但根据爱达荷金伯利农科所(ARS)土壤科学家罗伯特 · E · 索卡(Pobert E Sojka)的说法,让水24小时流着,表土损失,有每亩约2.8~28吨的趋势。问题如此严重!他说,有些耕地已经失去了1/3的表土了。

水还冲走了施到土里的肥料和杀虫剂,把它们带到附近的湖里和溪流里沉积下来形成不必要的污染。再者,水还从犁沟沟头带走部分细的、粘土粒度的泥土粒子,最后在沟尾沉下来,把土壤微孔堵塞,使通过沟底平面到达植物的水的量减少。

在过去的3年里,ARS的金伯利水土管理研究小分队给灌溉水加了一些特制的结晶体,这样就制止了接受处理的耕地的被冲蚀。是什么配料的魔力?是聚丙烯酰胺(PAM),它是长链分子,通常是用来清洁废水的。

那些特制的结晶体可能有成千上万个PAM,每个有不同的电荷、不同数量的结构单元(即丙烯酰胺分子)联接在一起,就是单个丙烯酰胺单元化学交联的范围也不同。ARS之所以选这样的聚合物作试验,是因为它毒性低。到现在,它主要是用于市政建设处理废水,把废水中的微细固体物质聚合在一起,变大沉积起来;或者让滤器捕获制成稀浆。

金伯利实验室另一位土壤科学家理克 · D · 伦茨(Rick D. Lentz)在2月国际冲蚀控制学会的一次会议上说,PAM的电荷的类型和密度在此聚合物控制冲蚀的能力上起作用。带负电的PAM限制冲蚀的能力比带中性者好,而中性者又比正电者好。其中道理,到现在都还没有人弄清楚。不过,据伦茨及其同事的解释,他们的电荷资料表明,PAM之有效,不能从它能把浮悬的泥沙絮凝或集合成块上去追查原因,即是说,不能从能把泥土粒子形成稳定的团粒上找原因。他们怀疑,带负电的PAM要寻找携带有正电的晶状粘土粒子已断了的边沿,并粘结到上面去。这样一来不知什么原因就提高了耕地表面土壤粒子的粘性,金伯利实验室的研究指出,看来PAM使泥土更有抵抗力,就是水从它上面流过对它施加的大的剪切力也不能奈何它。

索卡把第一个认识到低浓度的PAM可以抑止冲蚀归功于艾萨克 · 赛因贝格(Isac Shainberg),赛因在以色列政府的水土研究所供职,从80年代中期起他一直仔细检查PAM降低雨水使土壤收缩和形成硬壳的能力(土壤收缩和形成硬壳都足以使渗入到土壤里的水减少90%)。尽管他的研究证明施用化合物能防止土壤出现上述情况,但此办法仍不能赢得农民的喜爱,原因还在化合物的花费太贵。

其后,他就把注意力来一个转向,把PAM用于防止犁沟被冲刷上。在完成几个有希望的小型实验后,他就打电话给金伯利实验室的研究人员,建议他们用PAM这种聚合物做现场试验。

试验表明,只用极小量的PAM就能极大地减少冲蚀,ARS研究指出,放水灌溉后的1小时内,只加百万分之十左右的PAM到水中,就减少了70~99%的冲蚀,以后,灌溉可继续12~24小时,不再加PAM。

索卡用作试验的PAM当时的价格为1.25美元/磅,据他说,每实地处理耕地一次,每亩地也不过花农民2~3美元,而且,只要该地块没有受到人在上面走过和中耕机的翻耘的破坏,下次放水灌溉就是不加PAM,受到冲蚀损失也只约为从未加过PAM的地块的一半:如果农民仍然要对这类耕地(如施过PAM后没有受到破坏的犁沟)给予充分保护,则在下次放水灌溉时仍可加PAM,其量只为百万分之一就够了。

眼下,赛因贝格正致力于灌溉水的处理工作,他是采用架空喷灌机进行灌溉的。为防止像雨那样沉积物不受拘束地使土壤收缩,使土壤表面密闭,他在灌溉水里加了其量不过百万分之十的PAM,以保持土壤的透气性。他还开始作另一种实验,用PAM处理水喷洒沟渠干了的壁,使两岸稳定,在冬季短的,多雨的季节到来时,不受严重的冲蚀的威胁。

在爱达荷,索卡和伦茨正把精力投入到另一个方面,把加了PAM的水排到犁沟的工作做得精细些,这种聚合物,即PAM加到清洁水里发挥作用良好>但一旦加到有沉积物因而显得浑浊的水中时,就使细粒子絮凝沉淀下来,常把沟头塞满。索卡他们的那个ARS研究小组还针对不同土质、犁沟长度、耕地坡度、水流速度,正研制不同用量的定做的配方。

过去的整个夏天,索卡小组都对PAM进行试验(这是第三次),并取得了积极效果,包括柯因洛在内的许多爱达荷农民已开始购买PAM了,他们把PAM买去灌溉豆类作物以及那些不能发育出能与泥土紧密结合在一起、稠密得像一片毡的根系的作物。

“新的水处理方法也还是有缺点。你还得多采取一个步骤量出PAM再混合成适当浓度,这可能令人有点讨厌。”柯因洛说,“还有,至少在我耕种的沙地,整个生长季节用这种方法处理所投入的成本已接近该种作物正常产量给出的利润。”

柯因洛最后说,思想保守的农民还是倾向于视PAM处理法为一长期投资。他们希望,加到水中的添加剂降低了表土的流失量,使他们以及以后的各代人相信它的能力,永久地耕作他们的土地。

[Science News,1993年10月30日]