土壤優(yōu)先流研究概述

姚光興 楊倩 吳元芝

（臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山東省水土保持與環(huán)境保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 臨沂 276005）

一、優(yōu)先流研究方法

優(yōu)先流作為一種土壤水分運(yùn)動(dòng)過程，雖然常見，但是難于監(jiān)測(cè)，需要借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，才能有效完成定性和定量分析。目前學(xué)者們采用的方法主要有：土壤水分穿透法、張力滲透儀法、染色 示蹤法和CT掃描法等，當(dāng)然還有MRI 技術(shù)、伽馬射線、地下雷達(dá)探測(cè)、聲波探測(cè)技術(shù)、電阻率層析成像法等[10]，這些方法各有優(yōu)劣。其中，染色示蹤法因能對(duì)優(yōu)先流流經(jīng)區(qū)域給以清晰且直觀地反映而成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者最常用的方法[10]。亮藍(lán)和碘淀粉是常用的染色劑，而亮藍(lán)是一種直接顯色劑，它因水溶性高、易染色、成本低、易于觀察等優(yōu)點(diǎn)，得到了較為廣泛的應(yīng)用，如陳曉冰等利用亮藍(lán)染色示蹤法對(duì)三峽庫(kù)區(qū)紫色砂巖區(qū)不同水分條件下農(nóng)地優(yōu)先流發(fā)育狀況進(jìn)行了分析[11]；吳慶華等利用染色示蹤法對(duì)原狀和擾動(dòng)土柱優(yōu)先流發(fā)育狀況進(jìn)行了對(duì)比分析[12]。目前，結(jié)合圖像處理技術(shù)，染色示蹤法在優(yōu)先流定量研究方面得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

二、影響優(yōu)先流發(fā)育的因素

優(yōu)先流的表現(xiàn)形式有很多，最主要的是大孔隙流、指流和漏斗流[13]。影響林地優(yōu)先流的因素包括：生物因素、土壤前期水分條件及其他物理性質(zhì)、降雨強(qiáng)度、干濕和凍融交替等[10]。生物因素是優(yōu)先流路徑形成的重要因素，特別是植物根系對(duì)土壤優(yōu)先流形成具有重要作用，[14-16]。張英虎等[17]研究發(fā)現(xiàn)不同根徑的根系對(duì)優(yōu)先流的貢獻(xiàn)度不同，<1 mm細(xì)根對(duì)優(yōu)先流形成影響最明顯。王趙男[18]等研究長(zhǎng)白山系榛子林灌木林的優(yōu)先流得出類似的結(jié)果。作為土壤水文過程表現(xiàn)形式之一的優(yōu)先流過程必然受到土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)的影響。不同質(zhì)地土壤中優(yōu)先流形式不同，粉砂和粘質(zhì)土壤中易出現(xiàn)大孔隙流[2]，而砂質(zhì)或細(xì)粒驅(qū)水性土壤中易出現(xiàn)非飽和重力流和指流[19，20]，砂土中常發(fā)生漏斗流[21]。程竹華等研究了黃淮海平原淤土、砂壤土、風(fēng)沙土三種類型土壤中的優(yōu)先流現(xiàn)象，結(jié)果顯示發(fā)育程度更好的土壤更易形成優(yōu)先流[8]。土壤中礫石的存在改變土壤容重、孔隙度等從而影響優(yōu)先流產(chǎn)生，且研究表明礫石含量高的土壤優(yōu)先流發(fā)育較活躍，優(yōu)先流路徑分化程度好[22，23]。再者，土壤的初始含水量也會(huì)影響優(yōu)先流的產(chǎn)生，張欣等研究發(fā)現(xiàn)前期較干旱的土壤優(yōu)先流現(xiàn)象更加明顯，土壤前期含水量較高時(shí)優(yōu)先流主要發(fā)生在土壤A層和B層的20-30 cm土層深度處，而前期含水量低時(shí)優(yōu)先流在A層、B層和C層均有發(fā)生，且優(yōu)先流滲透速度更大，平均染色面積較大[24]；而陳曉冰等利用5個(gè)優(yōu)先流特征指標(biāo)分析不同水分條件下農(nóng)地優(yōu)先流發(fā)育特征均表明濕潤(rùn)條件的優(yōu)先流程度高[11]。而程竹華等研究表明在風(fēng)沙土和砂壤土中前期含水量越高，優(yōu)先流發(fā)育越明顯，而黏土中土壤含水量對(duì)優(yōu)先流發(fā)育的影響不明顯[8]。因此前期含水量對(duì)優(yōu)先流發(fā)育的影響尚無(wú)定論，這可能與土壤性質(zhì)差異有關(guān)。對(duì)淋溶褐土與潮土優(yōu)先流研究發(fā)現(xiàn)，兩種土壤優(yōu)先流染色特征差異主要取決于土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)和直徑為1-3mm的根長(zhǎng)密度[6]。另有研究表明總?cè)旧娣e比和優(yōu)先流長(zhǎng)度指數(shù)與入滲水量呈顯著正相關(guān)[25]。然而坡面不同位置弱發(fā)育土壤的A、C層厚度及礫石含量等均在變化，而這些變化對(duì)優(yōu)先流的影響的研究較少。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，土壤優(yōu)先流的發(fā)育會(huì)受到植物、土壤、氣象等條件的影響，不同土壤中優(yōu)先流發(fā)育的機(jī)制不一致，但目前的研究仍然不足，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

第一，優(yōu)先流發(fā)育受各種因素的影響，具有區(qū)域性強(qiáng)的特點(diǎn)，而目前研究主要集中與西南紫色土區(qū)、北方土石山區(qū)和黃土高原地區(qū)，薄弱地區(qū)的研究需要進(jìn)一步加強(qiáng)，以便進(jìn)一步明確優(yōu)先流發(fā)育機(jī)理。

第二，優(yōu)先流攜帶養(yǎng)分運(yùn)移的研究較少，需要進(jìn)一步加強(qiáng)，以便解析非點(diǎn)源污染機(jī)理。

第三，優(yōu)先流研究還需要借助更加先進(jìn)的技術(shù)，提高研究的精度和研究的效率。