黃土高原不同土質和植被類型下Cl–運移特征及影響因素*

李榮磊，陳留美，邵明安，黃來明，裴艷武，張應龍

（1. 西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100；2. 中國科學院地理科學與資源研究所生態系統網絡觀測與模擬重點實驗室，北京 100101；3. 遵義師范學院資源與環境學院，貴州遵義 563006；4. 中國科學院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西楊凌 712100；5. 中國科學院大學資源與環境學院，北京 100049；6. 陜西省神木縣生態協會，陜西神木 719399）

溶質在多孔介質中的運移既受物理化學過程的影響，又受生物活動和人為管理措施的影響[1]。研究溶質在土壤中的運移過程、規律和機理對于理解地球關鍵帶養分循環和污染物遷移具有重要意義[2]。國內外學者對土壤中溶質運移進行了大量研究，建立了不同空間尺度下土壤溶質運移模型[3]，揭示了溶質在均質和非均質土壤中運移過程的差異及其影響因素[4]，闡明了不同流速和孔隙狀況下溶質運移變化機理與調控策略[5]。此外，李保國等[1]系統綜述了溶質運移模型在鹽堿土改良、土壤養分管理、非點源污染評價等方面的應用。土壤中溶質遷移受土壤物理性質（容重、質地、結構、水分含量）、溶質類型、降水特征、生物活動、地形以及土地利用等諸多因素的影響。準確估算溶質運移參數是研究可溶性物質在多孔介質中遷移轉化規律的前提，是評價和預測養分與污染物時空分布的基礎。近年來穿透曲線法、邊界層法和截距法被廣泛用于求解對流—彌散方程（CDE）參數，為定量研究農用化學物、養分離子或污染物在土壤中的遷移和轉化提供了重要手段。

黃土高原北部晉、陜、蒙接壤區是典型的水蝕風蝕交錯帶和生態脆弱區。自1999年退耕還林（草）工程實施以來，該區植被蓋度顯著增加，土壤侵蝕和荒漠化得到有效控制。研究表明，植被恢復與生態重建過程對土壤性質演化、水分循環以及溶質運移都具有重要影響，并且這些不同過程之間存在交互作用。例如，李志明等[6]發現土壤容重變化影響土壤孔隙狀況，從而改變土壤水分入滲規律和溶質運移特征。沈紫燕等[7]研究指出隨著前期土壤含水量的增加，初始產流時間提早，徑流中溴離子和磷流失量也隨之增大。以往對土壤溶質運移的研究主要集中在以下三個方面：（1）土壤性質變化對土壤溶質運移的影響；（2）溶質運移模型的應用與模型參數估算方法；（3）養分和污染物在土壤中的富集與流失規律及其影響因素。然而，關于區域不同土質和植被類型下土壤性質差異如何影響溶質運移參數與運移特征目前尚不清楚，這將限制區域養分循環模型和污染物遷移模型的精度和發展。本文利用通量濃度穿透曲線（PTC）估算土壤溶質運移參數的方法，對陜北神木六道溝小流域與圪丑溝小流域不同土質（砂土和壤土）和植被類型下（喬、灌、草）土壤溶質運移進行了研究，探討了影響土壤溶質運移的主要因素，以期為該區不同質地土壤人工植被合理布局提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區位于陜西省神木市六道溝小流域（38°46′–38°51′N，110°21′–110°23′E）和圪丑溝小流域（38°53′–38°57′N，109°22′–109°27′E），地處黃土高原與毛烏素沙地過渡地帶，屬水蝕風蝕交錯帶和典型生態脆弱區。該區氣候為溫帶半干旱大陸性季風氣候，多年平均降雨量小于450 mm。六道溝小流域位于陜西省神木市以西約14 km處，平均海拔高度為1 178 m。年均氣溫8.4 ℃，年降雨量442 mm，主要分布在7—9月份，約占全年降雨量的70%～80%。流域地貌類型為片沙覆蓋的黃土丘陵，土壤類型主要劃分為鈣積正常干旱土和簡育正常干旱土。自大規模退耕還林（草）工程實施以來，流域內植被以人工林草植被為主，主要植被類型包括杏樹（Prunus armeniacaL）、長茅草（Imperata cylindrica）、檸條（Caragana Korshinskii Kom）、苜蓿（Tribulus terrestrisL）等[8]。

圪丑溝小流域位于神木市錦界鎮西南約23 km處，平均海拔高度為1 265 m。年均氣溫9.1 ℃，年降水量420 mm，主要集中在7—9月，約占全年降雨量的60%～75%。該區域地形起伏較小，沙丘呈帶狀分布，多以低矮沙丘為主。土壤類型主要為干旱砂質新成土。區域內植被主要以次生人工林草為主，包括沙柳（Salix psammophila）、紫穗槐（Amorpha fruticose Linn）、長柄扁桃（Amygdalus pcdunculataPall）、沙蒿（Artemisia desterorum Spreng）、狗尾草（Setaria viridis）和芒草（Stipa bungeana）等[9]。

1.2 樣品采集與分析

選取六道溝和圪丑溝流域內典型的喬木林地、灌木林地和草地，分別挖掘1.2 m深土壤剖面。六道溝小流域壤土樣地不同植被分別為杏樹、檸條和長茅草，樣地編號分別記為L-AR、L-SH和L-GR。圪丑溝小流域砂土樣地不同植被分別為樟子松、沙柳和沙蒿，樣地編號分別記為S-AR、S-GR和S-SH。在野外對土壤剖面進行分層描述后，用有機玻璃柱（H=25 cm，D=7 cm）采集原狀土柱，采樣間隔為20 cm，采樣時每個有機玻璃柱上端空出5 cm。由于六道溝小流域1 m以下土壤出現大量碳酸鈣結核，無法采集原狀土柱，因此，所有剖面原狀土柱的采集深度均統一為1 m深，每個剖面采集5個原狀土柱，用于CT掃描和溶質運移試驗。此外，用環刀和布袋分別采集原狀土和擾動土，1 m以內采樣間隔為10 cm，1 m以下采樣間隔為20 cm，用于基本理化性質分析。在喬木、灌木、草地樣地中分別選取10 m×10 m、5 m×5 m、2 m×2 m的樣方，同時在每個樣地隨機設置3個重復樣方，對樣方內植物地上部生長狀況進行調查。植物根系采用根鉆（D=9 cm，H=10 cm）法進行采集，采用同心圓法對距離基莖5 cm、50 cm 和100 cm處的植物根系分布進行采樣調查。每個樣地選擇3棵長勢一致的植物，每棵植物選擇3個不同方向進行根系采集，采樣深度間隔10 cm，直到多次取樣（>3次）土壤中沒有發現根系為止。將環刀放置于烘箱中，105 °C下烘至恒重，測定土壤容重（BD）和質量含水量（SWC）。擾動土壤樣品帶回實驗室自然風干，挑去枯枝落葉、根系和礫石，磨碎后分別過2 mm、1 mm和0.25 mm篩備用。土壤有機碳（SOC）用重鉻酸鉀氧化法，全磷（TP）用 NaOH 熔融―鉬銻抗比色法，土壤顆粒組成采用MS2000激光粒度儀測定，并根據國際制質地分類劃分黏粒（<0.002 mm）、粉粒（0.02～0.002 mm）和砂粒（2～0.02 mm）。采用飛利浦MX16型CT掃描儀對原狀土柱進行掃描，儀器參數設置為140 kV、200 mAs和21.4 s，以獲得1 mm的詳細低噪聲投影，X射線束寬度或切片厚度為1 mm。原狀土柱的孔隙參數提取過程在Image J（1.48版本）軟件中進行。以圓形選擇工具用來選取圖片的目標區域，然后刪除目標區域外的部分以消除有機玻璃柱壁對周圍土體的影響并減小硬化射束的干擾。有機玻璃柱內不同密度的物質在圖片中呈現出不同的灰度值。本研究設定灰度閾值對土壤中不同密度的物質進行分離。灰度值小于40的部位被視為土壤孔隙，大于40的屬于非孔隙部分，如土壤基質，石粒，活根等，需要根據具體的掃描圖像的灰度進行判斷。由于CT分辨率的限制，ImageJ分析的孔隙均被劃分為大孔隙。采用SPSS 18.0 統計軟件進行數據分析，采用Origin 9制圖軟件繪圖。

1.3 CDE模型理論基礎

出流液的相對濃度隨孔隙體積的變化曲線稱為穿透曲線（PTC），PTC的形狀可以反映溶質與土壤間的相互作用，也能直觀表示溶質在運移過程中的濃度變化。采用CDE模型對不同土質和植被類型下PTC進行擬合，運用CXTFIT程序求解溶質運移參數。溶質運移分析基于簡化的對流彌散方程（CDE）：

PTC可以定量描繪出流液溶質相對濃度（C/C0）與相對時間的關系，其中C0為入流液溶質的濃度，C為出流液溶質濃度，L為土柱長度，R為阻滯因子，t為流動時間，V為平均孔隙水流速，x為流動距離，D為水動力彌散系數。彌散性（λ）和沛克萊數（Pe）通過D、V和L計算獲得：

CXTFIT是美國鹽土實驗室研制的用于研究一維土壤溶質運移的計算機軟件。CXTFIT基于Levenberg-Marquardt算法，采用非線性最小二乘法的函數優化方法，對溶質混合置換試驗所得到的PTC進行擬合，求解模型參數，預測土壤中溶質隨時間和空間的濃度分布規律。由于氯離子化學性質不活潑且為負價，所以本試驗以CaCl2為供試液，通過垂直土柱易混置換法對不同土質（砂土和壤土）和植被類型下（喬、灌、草）原狀土柱進行試驗。

1.4 溶質運移試驗方法

在室內利用的有機玻璃柱（H=25 cm，D=7 cm）進行溶質運移試驗。土柱上部為供水口，下部為多孔玻璃構成的溶液淋出口。試驗時于注水口處放置濾紙以防注水破壞上部土體結構，同時在下部多孔玻璃上方添加薄紗布防止土粒漏出。采用馬氏瓶供水維持水頭恒定（水頭控制在3 cm），使用蒸餾水使土柱完全飽和且出流液流速穩定后輸入0.5 mol·L–1的CaCl2供試液。實驗開始計時以25 mL容量瓶收集出流液，記錄出流液體積，采用硝酸銀滴定法測定出流液中Cl–濃度，并根據試驗數據進行方程擬合和計算溶質運移參數。Cl–的初始穿透時間和完全穿透時間分別記為TS和TE。

2 結 果

2.1 土壤基本理化性質

圖1表示研究區不同土質和植被類型樣地BD、SWC、SOC、TP和顆粒含量隨深度的變化特征。不同樣地BD均隨深度增加呈增加趨勢（圖1），BD剖面變異系數（2.5%～6.9%）均小于10%，屬于弱變異。不同樣地表層BD較低主要是由于表層植物根系和動物活動較下層更加頻繁，從而增加表層土壤孔隙度[10]。深層土壤中砂粒含量增加，砂粒BD大于一般土壤細顆粒，同時由于土壤的重力壓實作用也會增加下層BD[11]。砂土不同植被類型樣地（S-AR、S-SH和S-GR）SWC變化范圍分別為1.34%～3.13%（圖1），與毛烏素沙地東南邊緣沙地SWC（0.50%～3.50%）[12]接近。壤土不同植被類型樣地（L-AR、L-SH和L-GR）SWC顯著高于砂土樣地，變化范圍分別為4.84%～11.49%（圖1），與劉志鵬和邵明安[13]在黃土高原六道溝小流域測定的SWC（6.64%～10.92%）接近。不同樣地SOC含量在0～40 cm土層內均隨深度增加而顯著降低，40 cm土層以下基本趨于穩定（圖1）。表層SOC含量較高主要歸因于地表枯落物、根系分泌物和微生物生物量的輸入[14]。研究區不同土質和植被類型下SOC含量（0.61～6.35 g·kg–1）與紙坊溝小流域SOC含量（1.9～6.7 g·kg–1）[15]接近，但顯著低于黃土高原東南部半濕潤地區SOC含量（4.82～11.9 g·kg–1）[16]。不同樣地TP平均含量范圍為0.14～0.59 g·kg–1，與黃土高原區域不同土地利用類型下（林地、草地、農地）TP含量（0.53～0.61 g·kg–1）[17]接近。砂土不同植被類型樣地（S-AR、S-SH和S-GR）顆粒組成以砂粒為主，占93.1%～97.9%。壤土不同植被類型樣地（L-AR、L-SH和L-GR）顆粒組成以粉粒和砂粒為主，占77.32%～92.17%。不同樣地粉粒和砂粒含量剖面變異均較小，剖面變異系數變化范圍為4%～16%。

表1為不同土質和植被類型樣地土壤大孔隙數、大孔隙面積比和連通性密度剖面分布特征。不同樣地土壤大孔隙數及大孔隙面積比均隨深度增加呈降低趨勢（表1）。土壤表層是植物根系和生物活動密集區，根系穿插擠壓和生物挖掘作用會形成較多大孔隙[18]。砂土不同植被類型樣地（S-AR、S-SH和S-GR）土壤大孔隙數均值分別為18、13和14個，略高于壤土不同植被類型樣地（L-AR、L-SH和L-GR）土壤大孔隙數均值（15、12和6個）。土壤大孔隙面積比表現出與大孔隙數一致的變化趨勢。較粗的土壤質地代表較為良好的土壤孔隙狀況。砂土樣地0～40 cm土壤大孔隙數及大孔隙面積比表現為S-AR > S-GR > S-SH，40 cm以下表現為S-AR > S-SH > S-GR，而壤土樣地不同深度土壤大孔隙數及大孔隙面積比均表現為L-AR > L-SH > L-GR。李宗超和胡霞[19]研究表明，由于植被根系分布的差異，灌叢下土壤孔隙度遠高于草地。本研究中砂土樣地S-GR 0～40 cm土壤大孔隙數卻高于S-SH（表1），這可能與表層SWC含量較低（圖1），限制了灌木根系發育有關。土壤大孔隙數及大孔隙面積比屬于土壤孔隙二維指標，僅反映了土壤中孔隙的數量及大小，因此采用土壤孔隙三維指標連通性密度更能準確地體現土壤孔隙狀況。不同樣地（S-AR、S-SH、S-GR、L-AR、L-SH和L-GR）孔隙連通性密度隨深度的變化趨勢與大孔隙數一致，且砂土不同植被類型樣地（S-AR、S-SH和S-GR）孔隙連通性密度高于壤土樣地（L-AR、L-SH和L-GR）。砂土樣地土壤孔隙連通性密度表現為S-AR > S-GR > S-SH，壤土樣地孔隙連通性密度表現為L-AR > L-SH > L-GR。土壤孔隙狀況很大程度受植被種類的影響，植物根系及土壤生物對土壤結構的改善具有促進作用，良好的孔隙連通性能夠提高土壤水分入滲能力減少地表徑流[20]。

表1 不同土質和植被類型樣地土壤大孔隙數、大孔隙面積比及連通性密度的變化特征 Table 1 Number，ratio in area and connectivity density of macro-pores in soil relative to texture and vegetation cover

2.2 不同土質和植被類型樣地Cl– 穿透曲線

圖2為不同土質和植被類型樣地0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm原狀土柱 Cl–的PTC、TS和TE變化情況。不同樣地表層土壤中（0～20 cm）Cl–的TS和TE最小，隨深度增加呈現增大趨勢（圖2），表明溶質在表層土壤中遷移過程受到的阻力較小，這主要取決于表層良好的孔隙狀況（表1）。同一植被類型下壤土樣地不同深度土層Cl–的TS和TE均高于砂土樣地（L-AR > S-AR；L-SH > S-SH；L-GR > S-GR），這是由于土壤機械組成決定了其孔隙分布狀況。砂土樣地質地均勻，以粗顆粒砂粒為主（圖1），大孔隙多且孔隙連通性密度好（表1），有助于形成優先流，溶質在運移過程中受到更小的阻滯效應，TS和TE較短[21]。壤土樣地的粉粒和黏粒含量均高于砂土樣地（圖1），帶電團聚體對離子的吸附作用及土壤內部結構的細小孔隙所構成的復雜孔徑會阻礙溶質運移，因此TS和TE較高。從圖2可以看出，同一質地不同植被類型下Cl–的PTC的形狀、TS和TE均不同。砂土樣地0～40 cm土層Cl–的TS和TE表現為樣地S-AR < S-GR < S-SH，40 cm以下表現為樣地S-AR < S-SH < S-GR，而壤土樣地Cl–的TS和TE在不同深度土層均表現為樣地L-AR < L-SH < L-GR，這主要與不同類型植 被的根系分布特征有關。由根鉆法獲得的砂土樣地0～40 cm 土層根系生物量表現為 S-AR（277.4 g·m–2）> S-GR（131.6 g·m–2）> S-SH（112.6 g·m–2），而40 cm以下土層根系生物量表現為S-AR（84.5 g·m–2）> S-SH（77.2 g·m–2）> S-GR（40.1 g·m–2）。壤土樣地不同深度土層植物根系生物量均表現為樣地L-AR > L-SH > L-GR，0～100 cm剖面（L-AR、 L-SH和L-GR）根系總生物量分別為422.5，370.2和196.5 g·m–2。根系的機械穿透作用對于土壤孔隙數量和孔隙連通性密度具有顯著影響。不同質地土壤喬木根系粗壯，分布范圍廣，根系穿透與擠壓作用產生的大孔隙數量多且孔隙連通性良好（表1），因此Cl–的TS和TE相對較短，PTC的峰值向左偏移（圖2）。砂土樣地0～40 cm土層草地根系生物量卻高于灌木林地，這可能是由于砂土表層SWC較低，限制了高生物量的灌木根系的發育。不同土質和植被類型樣地的PTC均呈現出逐漸平緩的趨勢，表明溶質在土柱中的遷移擴散程度不斷降低[22]。

2.3 不同土質和植被類型樣地Cl–運移參數

利用CXTFIT軟件對Cl–的PTC進行擬合，所得到的溶質運移參數能夠量化和反映溶質運移過程及其變化特征。表2為不同土質和植被類型樣地（S-AR、S-SH、S-GR、L-AR、L-SH和L-GR）Cl-運移參數（擬合曲線所得到的SSQ（殘差平方和）值介于0.0002～0.0063，R2（決定系數）介于0.93～0.99之間）。從表2可以看出，不同植被類型下土壤溶質V不同，這與陳曉冰等[23]在紫色砂巖區的研究結果一致。陳曉冰等[23]指出不同類型植物根系分布不同，從而導致土壤結構和孔隙狀況具有差異，因此不同類型植被下土壤優先路徑數量和發育程度均不同（表現為針闊混交林 > 竹林 > 草地）。然而，不同類型植物根系的生長發育受土壤質地、養分狀況和SWC的綜合影響，因此，本研究中砂土和壤土不同植被類型樣地V變化規律并不完全一致（表2）。同一植被類型下砂土樣地中Cl–運移的V均高于壤土樣地（S-AR > L-AR；S-SH > L-SH；S-GR > L-GR），這是由于砂土質地較壤土粗（圖1），大孔隙數量及孔隙連通性密度高于壤土（表1），因而溶質運移受到的阻力較小。劉慶玲和徐紹輝[24]通過研究不同質地土壤中溶質運移過程，同樣發現砂土中溶質V高于壤土。D是綜合表征溶質和土壤特性的參數，它既與多孔介質和溶質的性質有關，又受V的影響。同一質地土壤不同植被類型間或同一植被類型不同質地土壤間D的變化規律與V的變化規律相同。有學者研究表明[25]，D與V的平方成正比[26]，這與本研究所得到的結果一致。不同土質和植被類型樣地（S-AR、S-SH、S-GR、L-AR、L-SH和L-GR）Pe的變化范圍分別為20.97～25.27、13.70～22.98、19.24～20.85、13.96～22.49、5.81～25.38和9.70～21.02。Pe代表了對流傳質貢獻與擴散傳質貢獻的比值，當Pe大于1時，對流效應在確定總質量通量方面的貢獻超過擴散效應，表明溶質運移的主要方式是對流[27]。

表2 不同土質和植被類型樣地土壤剖面Cl–運移參數 Table 2 Cl– transport parameters in soil relative to texture and vegetation cover

2.4 土壤溶質運移參數的影響因素

表3為不同土質和植被類型樣地溶質運移參數和土壤基本理化性質相關性分析結果。從表3可以看出，BD與V、D呈極顯著負相關，與TE、TS呈極顯著正相關，而大孔隙數和連通性密度與V、D呈極顯著正相關，與TE、TS呈極顯著負相關。容重與土壤結構和孔隙狀況密切相關，容重越小，孔隙數量及孔隙連通性越好，溶質在土壤中的遷移速度越快[28]。SWC與TE和TS呈極顯著正相關，王巖等[29]研究表明，含水量越低，濕潤鋒不穩定的土壤中溶質易出現較早的初始穿透。SOC與V、D呈極顯著正相關，與TE、TS呈極顯著負相關。SOC為植物根系生長提供重要的營養物質，促進根系發育，有利于大孔隙的形成。同時，SOC含量高，土壤質地疏松且孔隙結構良好，溶質運移過程中受到的阻力較小，運移速度較快且彌散作用強，因此完成運移的時間也較短[30]。砂粒含量與V、Pe呈極顯著正相關，與TE、TS呈極顯著負相關，而粉粒和黏粒含量則與其結果相反。土壤顆粒組成反映了土壤質地狀況，砂粒含量越高，土壤中大孔隙數量越多，從而有利于形成優先路徑，溶質運移速度越快。相反，土壤中粉粒和黏粒則會產生較多的細小孔徑，彌散強度增大，阻礙溶質在土體中的運移[31]。

表3 土壤性質和Cl–運移參數的相關性 Table 3 Relationships between soil properties and Cl– transport parameters

3 討 論

黃土高原北部是典型的水蝕風蝕交錯帶和生態脆弱區，研究該區域不同土質和植被類型下土壤溶質運移過程對深入理解地球關鍵帶養分循環和污染物遷移具有重要意義。本文對陜北神木六道溝小流域與圪丑溝小流域不同土質（砂土和壤土）和植被類型下（喬、灌、草）土壤溶質運移過程及其主要影響因素進行研究，以期為研究區植被合理配置和養分管理提供依據。試驗結果表明，同一質地土壤不同植被類型樣地Cl–的運移規律不同。砂土不同植被類型樣地0～40 cm土層Cl–的TS和TE表現為S-AR < S-GR < S-SH，40 cm以下表現為S-AR < S-SH < S-GR，而壤土不同植被類型樣地剖面不同深度Cl–的TS和TE均表現為L-AR < L-SH < L-GR。砂土樣地Cl–運移的V剖面平均值表現為S-AR（1.67 cm·h–1）> S-GR（1.51 cm·h–1）> S-SH（1.23 cm·h–1），而壤土樣地則相反，V剖面平均值表現為L-AR（1.04 cm·h–1）> L-SH（1.03 cm·h–1）> L-GR（0.76 cm·h–1）。陳曉冰等[23]指出不同類型植物根系分布不同，從而導致土壤結構和孔隙狀況具有差異。韓路等[32]研究表明，不同植被類型土壤孔隙度表現為喬木林地 > 灌木林地 > 草地，并指出喬木林地下土壤優先路徑數量和發育程度均最高，因此Cl–運移的V最大，TS和TE最短，PTC的峰值向左偏移，這與本實驗結果相一致。此外，不同植被類型下土壤入滲能力存在差異[33]，喬木林地較高的入滲速率進一步促進了溶質運移。然而，根系發育狀況是土壤質地，養分和水分綜合作用的結果。本研究中砂土樣地0～40 cm土層根系生物量表現為S-AR（277.4 g·m–2）> S-GR（131.6 g·m–2）> S-SH（112.6 g·m–2），而40 cm以下土層根系生物量表現為S-AR（84.5 g·m–2）> S-SH（77.2 g·m–2）> S-GR（40.1 g·m–2）。壤土樣地不同深度土層植物根系生物量均表現為L-AR > L-SH > L-GR，0～100 cm剖面根系總生物量表現為L-AR（422.5 g·m–2）> L-SH（370.2 g·m–2）> L-GR（196.5 g·m–2）。由于喬、灌、草根系在不同質地土壤中剖面分布不同，導致土壤孔隙數量和孔隙連通性密度具有顯著差異，因此，砂土和壤土不同植被類型樣地Cl–運移規律并不完全一致。上述結果表明，不同植被類型樣地養分管理應依據土壤中養分離子和溶質運移規律采取不同的策略。趙護兵等[34]指出植被通過影響土壤孔隙分布和優先流路徑進而影響養分的流失，不同植被類型對養分流失的影響不同，且養分流失的類型、形態和途徑也不相同，應合理配置植被從而降低養分流失風險。

除了植被類型對溶質在土壤中的遷移產生影響，土壤質地對溶質運移規律也具有重要影響。同一植被類型下壤土樣地不同深度土層Cl–的TS和TE均高于砂土樣地（L-AR > S-AR；L-SH > S-SH；L-GR > S-GR），而砂土樣地中Cl–運移的V均高于壤土樣地（S-AR > L-AR；S-SH > L-SH；S-GR > L-GR）。這是由于土壤的機械組成決定了其孔隙分布狀況。砂土樣地質地均勻，以粗顆粒砂粒為主，大孔隙多且孔隙分布連續性好，有助于形成優先流，溶質在運移過程中受到更小的阻滯效應，初始穿透時間和完成置換時間較短。相反，壤土中帶電團聚體對離子的吸附作用及土壤內部結構的細小孔隙所構成的復雜孔徑會阻礙溶質運移，因此壤土樣地Cl–運移的V較低，而TS和TE較高。溫以華[31]研究發現，Cl–在黏粒含量較高的黃綿土中運移速率遠低于砂粒含量較高的風沙土。劉慶玲和徐紹輝[24]通過研究不同質地土壤中溶質運移過程，同樣發現砂土中溶質運移速率高于壤土。由于砂土中溶質運移速率較壤土高，這在一定程度上反映了砂土中養分流失風險較大。章明奎和方利平[35]通過田間觀測和模擬淋洗試驗表明，砂土中養分極易隨水遷移，很容易在短時間內沿剖面遷移至地下水或隨地表徑流遷移至周圍水體，并且高濃度的養分流失常發生在施肥后的降雨過程中。因此，在砂質土壤上應避免高量施肥，肥料宜少量多次施用，不宜在雨前施用肥料。對不同土質和植被類型樣地（S-AR、S-SH、S-GR、L-AR、L-SH和L-GR）溶質運移參數和土壤基本理化性質進行相關性分析，結果表明：土壤物理性質（BD，大孔隙數，連通性密度，SWC，SOC，顆粒組成）與Cl–運移參數（V、D、TE和TS）顯著相關。李卓等[28]、李雪轉和樊貴盛[36]對不同容重和有機質含量的土壤入滲能力進行分析，結果表明，入滲速度與有機質含量呈正相關關系，與容重呈負相關關系。張叢志等[37]研究表明質地越黏重，其土壤孔隙平均水流速則越慢。王巖等[29]研究了不同初始含水量的土壤溶質運移過程，結果表明，較低的土壤含水量會導致較早的初始穿透現象。

綜上所述，同一質地土壤不同植被類型樣地植物根系分布與土壤性質的交互作用影響溶質運移過程；同一類型植被不同質地土壤樣地溶質運移狀況主要取決于土壤本身的結構和性質。明確黃土高原水蝕風蝕交錯區不同土質和植被類型下土壤溶質運移過程及其影響因素可為該區植被合理配置提供依據，同時對于深入理解黃土關鍵帶養分循環和污染物遷移的具有重要作用。

4 結 論

同一質地不同植被類型條件下Cl–運移速率與穿透時間不同，這是由于砂土和壤土中不同類型植物根系剖面分布與生物量均具有顯著差異，進而影響土壤中大孔隙數量與優先流路徑。同一植被類型不同質地土壤中Cl–運移特征也具有顯著差異，這是由于土壤機械組成影響孔隙分布狀況，砂土中大孔隙多且孔隙分布連續性好，有助于形成優先流，而壤土中細顆粒帶電團聚體對離子具有吸附作用以及細小孔隙所構成的復雜孔徑會阻礙Cl–運移。此外，BD、大孔隙數、連通性密度、SOC和顆粒組成（砂粒、粉粒和黏粒含量）均與Cl–運移參數（V、TS和TE）顯著相關，表明土壤物理性質顯著影響不同土質和植被類型下Cl–運移特征。因此，在黃土高原地區進行植被恢復與生態建設時應充分考慮不同質地土壤下植被合理布局與配置，從而降低養分流失風險，提升生態系統服務功能。