滇中亞高山林地土壤團聚體結構及其對優先路徑的影響

盧華興，趙洋毅,2＊，段 旭,2，朱夢雪，涂曉云，楊文艷

(1.西南林業大學生態與環境學院，云南 昆明 650224；2.國家林業和草原局云南玉溪森林生態系統國家定位觀測研究站，云南 昆明 650224)

土壤水分和溶質運移是土壤學研究的難點和熱點[1]，優先流是一種常見的非均勻性土壤水分運動，是土壤水和溶質繞過土壤基質優先通過導水能力強的優先路徑，快速向土壤深層和地下水運移的現象[2]。優先流在地表水、地下水和土壤水的運移和轉化過程中起著關鍵作用，其發生可以減少地表徑流和增加入滲[3]，提高土壤含水率、碳儲量和養分含量，促進林木生長[4]，同時提高水資源利用效率與森林涵養水源能力[5]，對地下水補給和森林水文有顯著影響[6]。土壤團聚體結構作為評價土壤特征和土壤質量的重要指標[7]，在維持土壤孔隙和通氣性、提高水分滲透性和持水能力[8]、協調養分的消耗和積累、改善土壤肥力[9]、促進植物根系伸展[10]等方面起著重要作用。開展土壤優先路徑和團聚體結構研究，在生態文明建設新形勢下對提高水源涵養林質量、林區生態功能重建和生態環境保護具有深遠意義。

土壤結構是土壤水分運動和優先流及優先路徑形成的影響因素之一，牛健植等[11]根據“空間異質性=空間變異=土壤結構”的觀點，認為土壤優先流的異質性主要來源于土壤結構。優先流可以發生在任何非結構性土壤層，而結構性土壤首先出現在表層[12]；吳慶華[13]證實，結構性好的土壤，優先流現象和染色深度更明顯。程金花等[14]發現，土壤結構差異導致土壤含水量不同，對優先流和優先路徑的形態特征和表現形式起重要作用。通常情況下，透水性不好的土層容易發生側向流，結構性好的粉砂和黏質土壤層，優先路徑以大孔隙流為主[15]。團聚體結構是最常見的土壤結構，然而，國內外學者對于土壤團聚體結構與優先流及優先路徑的關系持有不同的觀點，Jarvis等[16]研究發現，土壤團聚體結構在水平方向上促進土壤水分、溶質與土壤基質接觸，延長部分土壤水分快速向下運移的時間，從而在垂直方向上抑制優先流及優先路徑的發育；Bouma[17]提出，大團聚體結構具有毛細屏蔽作用，使土壤水分和溶質僅能沿著大孔隙通道運動而不能進入土壤基質，對優先流和基質流起分離作用；而Wuest[18]發現，優先流區域的土壤團聚體含量顯著高于基質流區域。由此可見，土壤結構（尤其是團聚體結構）是土壤水分運動不可或缺的因素，對優先流和優先路徑的形成、發生有直接作用，但土壤團聚體結構對優先流及優先路徑如何響應仍然具有不確定性。

滇中亞高山磨盤山地處我國云貴高原、橫斷山地和青藏高原南緣的地理結合部，區位特征明顯，是云南亞熱帶北部氣候與南部氣候的復合型生態過渡帶，兼具低緯氣候、季風氣候和山地氣候的特點[19]。植被類型多以中山半濕性常綠闊葉林為主[20]，由于長年受強風、低溫和土壤脊薄影響，海拔2900 m左右地帶形成罕見的高山矮曲林（高山櫟林），保留著原始的森林群落面貌。此外，磨盤山作為云南新平縣重要的水源涵養林區，其森林生態系統發揮著涵養水源、保持水土和調節氣候等重要的生態功能[20]。目前，針對云南低緯度高海拔森林區域土壤優先路徑和團聚體結構的研究鮮有報道。因此，本研究以該地區云南松(Pinus yunnanensisFranch.)林、華山松(Pinus armandiiFranch.)林、高山櫟(Quercus semecarpifoliaSmith.)林和滇油杉(Keteleeria evelynianaMast.)林4種林地土壤為研究對象，通過野外染色示蹤、室內圖像處理和土壤團聚體測定，分析4種林地土壤團聚體結構及優先路徑特征，探討以下問題：（1）研究區4種林地類型對土壤團聚體結構、土壤優先路徑是否有影響？（2）土壤團聚體結構與優先路徑存在何種關系？通過以上研究，揭示滇中林地土壤優先路徑形成機理，深化對磨盤山森林生態系統土壤水文過程的認識，以期為滇中亞高山森林管理、林區水源涵養林建設、天然林植被恢復與重建提供科學依據。

1 研究區概況

研究區位于云南省玉溪市新平縣磨盤山國家林業和草原局森林生態系統定位觀測研究站和長期科研基地內（23°46′18″～23°54′34″ N，101°12'06″～101°12'12″ E），氣候類型為中亞熱帶高原性氣候，海拔1 260.0～2 914.4 m，相對高差大；最高氣溫33 ℃，最低氣溫-2.2 ℃，年平均氣溫15 ℃，年日照時數為2 380 h；降雨主要集中在6—8月，年均降水量1 050 mm，干濕分明、雨熱同季。土壤基巖以砂巖類巖石為主，土壤類型主要是第三紀古紅土發育的山地紅壤、玄武巖紅壤和棕黃壤[19]，局部地區有黃壤分布，土壤整體偏酸性，pH值3.74～4.96，土層厚度1 m左右，以中厚土壤層為主。滇中亞高山磨盤山是以云南特有中山半濕性常綠闊葉林為主的重要林區，森林資源豐富，植被類型多樣，且隨海拔上升呈垂直分布特征，有亞熱帶常綠闊葉林、亞熱帶中山針闊混交林、針葉林（以華山松、滇油杉、云南松純林為主）和高山櫟林等森林類型[21]，是云南森林群落的重要組成部分。

2 研究方法

2.1 樣地布設

在研究區4種林地內設置面積為100 m×100 m的固定樣地各1塊，分別在各個固定樣地內選擇植被均勻、林分結構一致、地形相似、土壤形成母質一致的地段布設4塊20 m×20 m的樣方，在每個樣方內選擇3個試驗點開展染色示蹤試驗，同時，在各個樣方內利用5點取樣法分層采集原狀混合土樣，采樣深度為0～50 cm，以土層深度10 cm為間隔，混合土樣帶回實驗室風干后，用于測定土壤團聚體結構，樣地基本狀況見表1。

表1 研究區4種林地基本狀況Table 1 Basic conditions of four forest lands in the study area

2.2 染色示蹤及優先路徑提取

于2020年7月1日至9月10日開展染色示蹤試驗，以濃度4 g·L-1的亮藍溶液20 L（模擬當地24 h累計降雨量40 mm）作為染色示蹤劑，試驗過程參考盧華興等[22]前期的研究報道。示蹤試驗所獲取的染色圖像通過Photoshop CS5、Image Pro Plus 6.0和Surfer 15等圖像處理軟件進行解譯，以獲取不同影響半徑范圍下優先路徑的位置分布特征和數量特征，優先路徑的提取過程參考盧華興等[23]在滇南地區的研究方法。

2.3 土壤團聚體結構測定與參數計算

原狀混合土樣自然風干后除去粗根及石礫等雜物，將大土塊沿著自然斷裂面剝離為1 cm大小的土塊，參照林業行業標準LY/T 1 227—1999，用機械篩分法測定＞5.0、2.0～5.0、1.0～2.0、0.5～1、0.25～0.5、＜0.25 mm 6個粒級水穩定團聚體含量，然后計算粒級＞0.25 mm水穩定性團聚體含量(WSA)、平均質量直徑(MWD)、幾何平均直徑(GMD)、平均質量比表面積(MWSSA)、結構體破壞率(PAD)、分形維數(D)等團聚體結構特征參數[24-27]。

2.4 數據分析

所有數據用Excel 2016軟件進行初步整理和分析；用SPSS 20.0統計軟件進行Duncan差異性分析、雙因素方差分析；用Origin 2021軟件進行主成分分析和Pearson相關分析；用DPS軟件進行灰色關聯分析，然后計算灰色關聯度[28]和耦合度[29]。

3 結果與分析

3.1 土壤團聚體結構特征

3.1.1 不同林地及粒級土壤團聚體特征變化 由圖1可知：6個粒級水穩定性團聚體中，高山櫟林地＞5.0 mm水穩定性團聚體含量最大，含量為60.65%；華山松林地1.0～2.0、0.5～1.0 mm水穩定性團聚體含量最大，而其它2.0～5.0、0.25～0.5、＜0.25 mm 3個粒級水穩定性團聚體含量最大的是云南松林地。比較同一林地不同粒級水穩定性團聚體含量，研究區4種林地土壤水穩定性團聚體多分布于＞5.0、2.0～5.0 mm粒級中，大粒級的水穩定性團聚體占主導地位。總體看，研究區4種林地土壤水穩定性團聚體含量變化趨勢表現為隨粒級的減小基本呈減小的趨勢，且4種林地不同粒級土壤團聚體含量差異顯著 (P＜0.05)，在同一粒級范圍內，林地類型對團聚體含量的影響差異顯著(P＜0.05)。

圖1 研究區4種林地土壤水穩定性團聚體含量Fig.1 Content of soil water stable aggregates in four forest lands in the study area

由表2可知：不同林地類型對土壤團聚體結構影響顯著(P＜0.05)，且不同林地類型對各個土壤團聚體結構特征指標的影響作用不同。研究區4種林地土壤團聚體結構差異大，較其他3種林地，高山櫟林地MWD、GMD、D值最大，而WSA、MWSSA、PAD等特征指標占有優勢的林地依次分別是滇油杉林、云南松林、華山松林，其中，4種林地WSA平均值均大于90%。WSA值越高，土壤結構越穩定，土壤抗蝕性越好[24]，表明研究區4種林地土壤具有穩定的土壤結構和良好的抗蝕性。MWD、GMD可反映不同粒級團聚體的分布狀況，MWD和GMD值越大，土壤平均粒徑團聚度和穩定性越好[25]，由此說明，高山櫟林地有助于增加土壤團聚度，提高土壤穩定性。分形維數是土壤結構幾何形狀的參數，可以反映水穩定性團聚體含量對土壤結構與穩定性的影響趨勢，即土壤分形維數越小，土壤團聚體結構的穩定性越好[27]。根據分形維數大小可認為，4種林地土壤團聚體結構的穩定性依次為：華山松林＞滇油杉林＞云南松林＞高山櫟林。綜上所述，林地類型對土壤團聚體結構穩定性的影響程度較大。

表2 研究區4種林地土壤團聚體結構特征Table 2 Structural characteristics of soil aggregates in four forest lands in the study area

3.1.2 林地類型與土層深度對團聚體結構的影響

由表3可知：林地類型和土層深度對土壤團聚體結構產生的影響作用不同，林地類型和土層深度對WSA、MWD、GMD、MWSSA、PAD和D均影響極顯著(P＜0.01)；林地類型與土層深度的交互效應對WSA、MWD、GMD、MWSSA和PAD的影響極顯著(P＜0.01)，而對D的影響顯著(P＜0.05)。

表3 林地類型、土層深度與土壤團聚體結構的雙因素方差分析Table 3 Two factor ANOVA of forest land type,soil depth and soil aggregate structure

3.1.3 土壤團聚體結構與各粒級的相關分析 由表4可知：各個粒級水穩定性團聚體含量與團聚體結構特征指標存在相關關系。粒級＞5.0 mm水穩定性團聚體含量與MWD、GMD呈極顯著正相關(P＜0.01)，1.0～2.0 mm水穩定性團聚體含量與MWD呈極顯著負相關(P＜0.01)，與GMD、D呈顯著負相關(P＜0.05)，但與PAD呈顯著正相關(P＜0.05)。0.5～1.0 mm水穩定性團聚體含量與WSA、PAD呈極顯著正相關(P＜0.01)，與MWD、D呈極顯著或顯著負相關。0.25～0.5 mm水穩定性團聚體含量與WSA、MWD、GMD呈極顯著負相關(P＜0.01)，但與MWSSA、D呈極顯著或顯著正相關。粒級＜0.25 mm水穩定性團聚體含量與WSA、PAD呈極顯著負相關(P＜0.01)，與MWSSA、D呈極顯著正相關(P＜0.01)。用相關系數來評價不同粒級水穩定性團聚體含量對團聚體結構特征指標的貢獻，粒級2.0～5.0 mm水穩定性團聚體含量對所有土壤團聚體結構影響不大；粒級＞5.0、1.0～2.0、0.25～0.5 mm水穩定性團聚體含量對MWD、GMD的貢獻較大，相關系數的絕對值大于0.56；粒級0.5～1.0、＜0.25 mm水穩定性團聚體含量對PAD、D的貢獻較大，相關系數的絕對值大于0.64。由此說明，不同粒級水穩定性團聚體含量是團聚體結構穩定性的重要影響因素。此外，各個團聚體結構特征指標之間也存在相關性，WSA與MWSSA、D、PAD均呈極顯著相關(P＜0.01)，MWD與GMD、MWSSA，GMD與MWSSA以及PAD與D均呈極顯著相關(P＜0.01)，說明上述各個指標適用于評價團聚體結構特征。

表4 不同粒級水穩定性團聚體含量與土壤團聚體結構的相關分析Table 4 Correlation analysis between water stable aggregate content of different particle sizes and soil aggregate structure

3.2 土壤優先路徑特征

3.2.1 不同林地土壤優先路徑的位置分布 由圖2可看出：云南松林地染色半徑＞10 mm的優先路徑在0～50 cm土層中的連通性最好，染色半徑≤1 mm的優先路徑連通性最差；華山松林地染色半徑1～2.5、2.5～5、5～10和＞10 mm的優先路徑連通性相似，相比以上4個染色半徑，染色半徑≤1 mm優先路徑的連通性最差。滇油杉林地和高山櫟林地在0～50 cm土壤優先路徑的連通程度具有一致性，即染色半徑5～10、＞10 mm的優先路徑連通性較好，染色半徑≤1、1～2.5 mm的優先路徑連通性相對較差。研究區內4種林地土壤優先路徑的連通性存在一定差異性，主要原因是林木根系[23]和土壤結構[16-18]顯著影響其對應染色半徑范圍內優先路徑的連通性。

圖2 研究區4種林地土壤優先路徑的位置特征Fig.2 Location characteristics of soil priority paths of four forest lands in the study area

比較4種林地同一染色半徑下不同土層深度優先路徑的連通性發現：華山松林地染色半徑≤1、1～2.5 mm的優先路徑在20～30 cm的土層中連通性較好，而染色半徑5～10、＞10 mm的優先路徑在30～40、40～50 cm的土層中連通性最好。滇油杉林地染色半徑≤1、1～2.5、2.5～5、5～10 mm的優先路徑在0～20 cm的表層土壤中連通性較好，染色半徑＞10 mm的優先路徑在30～40 cm土層連通性最好。高山櫟林地土壤優先路徑的連通性在30～40、40～50 cm土層中最佳，與云南松林地基本一致。整體而言，以華山松林地5個染色半徑的優先路徑連通性最好，其次是云南松林地和高山櫟林地，滇油杉林地的優先路徑連通性最差。

3.2.2 不同染色半徑土壤優先路徑的數量特征 由表5可知：研究區4種林地中，高山櫟林地優先路徑數量最多（3974），其次是云南松林地和滇油杉林地，華山松林地的土壤優先路徑數量最少（2770）。水平方向上，4種林地同一土層不同染色半徑的優先路徑數量由大到小均表現為：≤1、1～2.5、2.5～5、5～10、＞10 mm，即隨著染色半徑的增大，同一土層優先路徑的數量逐漸減小，說明林地土壤中小徑級的土壤孔隙在數量上占有一定的優勢，大徑級土壤孔隙可能是小徑級土壤孔隙演化形成的。豎直方向上，4種林地5個染色半徑的優先路徑數量在土層深度方向的變化存在差異，4種林地土壤優先路徑總數以及滇油杉林地、高山櫟林地不同染色半徑的優先路徑數量均隨土壤深度的增加而降低，表層土壤優先路徑數量顯著大于深層，說明土壤優先路徑數量隨土壤深度增加而降低[23]。由于林地土壤空間異質性，云南松林地和華山松林地不同染色半徑的優先路徑數量均隨土壤深度的變化無明顯的規律性。

3.3 土壤團聚體結構與優先路徑的關系

3.3.1 土壤優先路徑數量與團聚體結構的相關分析 由表6可知：各個染色半徑范圍內（≤1、1～2.5、2.5～5、5～10和＞10 mm）優先路徑數量之間及與優先路徑總數均呈極顯著正相關(P＜0.01)。土壤優先路徑總數與MWD、GMD、PAD均呈顯著正相關(P＜0.05)，與MWSSA呈顯著負相關(P＜0.05)，而與D呈極顯著正相關(P＜0.01)。土壤優先路徑數量與MWD、GMD、MWSSA、PAD、D等多個土壤團聚體結構特征指標具有相關性，說明土壤優先路徑的形成在一定程度上受土壤團聚體結構的影響。

表6 不同影響半徑優先路徑數量與土壤團聚體結構的相關分析Table 6 Correlation analysis between the number of priority paths with different influence radii and soil aggregate structure

3.3.2 優先路徑影響因素的主成分分析 通過主成分分析對6個土壤團聚體結構特征指標進行主成分提取，由表7可知：主成分1、2、3的初始特征值均＞1，累積方差貢獻率為94.643%，說明這3個主成分基本能反映不同林地土壤團聚體結構特征的有效信息占94.643%，僅有5.357%的信息損失。在主成分1中，MWD、GMD、MWSSA載荷值的絕對值較大，均＞0.87，其中，MWSSA的載荷值為負值，其它指標的載荷值均為正值，說明MWSSA越小，土壤團聚體結構越好。在主成分2中，WSA、PAD、D載荷值的絕對值＞0.79，其中，WSA、PAD的載荷值為負值。主成分3中，PAD、D載荷值的絕對值較大。比較3個主成分所有指標載荷值的絕對值，＞0.8的指標依次為GMD(0.955) ＞MWSSA (-0.930) ＞MWD (0.875) ＞PAD (-0.871)，說明這6個土壤團聚體結構特征指標中，GMD、MWSSA、MWD、PAD能較好地評價土壤團聚體結構特征，對優先路徑形成的貢獻度較大。

表7 土壤團聚體結構特征的主成分分析Table 7 Principal component analysis of structural characteristics of soil aggregates

3.3.3 土壤團聚體結構和優先路徑的灰色關聯分析 將土壤優先路徑數量作為母序列，土壤團聚體結構特征作為子序列，即子序列為：土壤團聚體結構特征 ={WAS，MWD，GMD，MWSSA，PAD，D}，進行灰色關聯分析，由圖3可知：各個土壤團聚體結構特征指標與優先路徑數量的關聯系數介于0.601～0.782，均值為0.672，屬于中等或較強關聯，表明不同林地土壤優先路徑數量與土壤團聚體結構特征指標間有一定的關聯作用，且聯系和反饋較為緊密。云南松、華山松、滇油杉林地PAD的關聯系數最大，分別為0.782、0.701、0.742，屬于較強關聯，說明PAD對土壤優先路徑的影響和反饋作用較明顯；高山櫟林地MWSSA的關聯系數達0.771，說明高山櫟林地MWSSA是影響土壤優先路徑形成的關鍵土壤團聚體結構特征指標。將4種林地土壤優先路徑數量與各個團聚體結構特征指標的平均關聯度按大小排序依次為0.742(PAD) ＞0.683 (GMD) ＞0.675 (MWD) ＞0.666 (D) ＞0.660 (WSA) ＞0.630 (MWSSA)，均＞0.62，關聯度為中度，說明這類指標是影響土壤優先路徑的重要土壤團聚體結構指標，與上文主成分分析的結論基本一致。

圖3 研究區4種林地土壤團聚體結構的灰色關聯度Fig.3 Grey relational degree of soil aggregate structure of four forest lands in the study area

3.3.4 土壤團聚體結構和優先路徑的耦合度分析

考慮土壤團聚體結構與優先路徑的相互作用和耦合程度，利用耦合度模型計算不同林地土壤團聚體結構特征指標和優先路徑的耦合協調程度。4種林地土壤團聚體結構和優先路徑的耦合度介于0.662～0.728，平均耦合度為0.683，系統整體水平屬于弱協調，說明土壤團聚體結構與優先路徑的形成并未達到最佳的耦合協調狀態，可能是4種林地的植被類型存在差異，植被在生長過程中根系向四周延伸，破壞土壤結構的穩定性，不利于形成良好的土壤團聚體結構。4種林地類型的系統耦合協調程度按耦合度C值排序為：0.728（云南松林）＞0.681（華山松林）＞0.663（高山櫟林）＞0.662（滇油杉林），其中，云南松林地耦合度最大，屬于中度協調，其粒級2.0～5.0 mm水穩定性團聚體和MWSSA顯著大于其他3種林地，且云南松林地優先路徑總數量顯著大于華山松、滇油杉林地，說明大粒級的團聚體提高土壤結構的復雜和變異程度，增加土壤孔隙數量，有利于優先流現象的發生和優先路徑數量的增多，從而使得優先路徑和土壤團聚體結構性能穩步改善，協調發展。滇油杉林地土壤層中存在不同粒級的石礫，破壞土壤團聚體結構，阻礙優先路徑的形成，導致系統耦合協調程度下降。

4 討論

4.1 林地類型對土壤團聚體結構的影響

團聚體結構是土壤結構的基本反映，團聚體的粒徑分布和穩定性對土壤肥力狀況、結構穩定性及抗蝕性有重要影響[8]。研究表明，研究區4種林地土壤水穩定性團聚體差異明顯，大粒級團聚體含量占一定優勢，且隨粒級減小團聚體含量呈減小的趨勢，這可能與研究區林地土壤缺少人為活動有關。王軼浩等[30]認為，土壤團聚體結構在林木生長和植被恢復過程中依靠自然演變，小粒級團聚體逐漸向大粒級團聚體轉變；吳秀坤等[31]發現，林地表層土壤地被植物和枯落物的覆蓋，增加表層土壤入滲率，有效防止雨滴對土壤大粒級團聚體的沖擊，有利于大團聚體的形成和保持。4種林地粒徑＞0.25 mm水穩定性團聚體含量均大于90%，說明研究區林地具有良好的土壤結構和抗蝕性[24]。林地土壤表層枯落物被分解后，歸還土壤轉化為有機質，有效促進土壤顆粒之間的膠結作用[25]，增加土壤團聚體的數量和穩定性[32]。聶浩亮等[33]發現，林分類型對土壤有機質含量影響顯著，林分類型影響凋落物產量和分解速率，進而造成土壤有機質含量存在差異[34]。研究區4種林分中，華山松和滇油杉林地土壤有機質含量較高，且這2種林分土壤有機質含量差異規律與團聚體結構穩定性一致。孫金兵等[35]證實，土壤有機質含量與水穩定性團聚體含量顯著相關，土壤顆粒與有機質的膠結作用可以改善土壤結構，有利于土壤團聚體的形成。土壤團聚體結構穩定性受土層深度和植被類型的影響，魏霞等[26]研究發現，土層深度變化對土壤團聚體結構特征存在顯著影響，隨土層深度的增加，土壤結構穩定性逐漸減弱，且植被類型對土壤結構的影響比土層深度更大，本研究結果與之基本一致。

4.2 林地類型對土壤優先路徑的影響

研究區4種林地土壤優先流現象明顯，但由于受土壤空間異質性[12]和優先流自身特征[11]（環繞性、快速穿透性和側向入滲等）影響，優先路徑的發育程度存在差異。從優先路徑的位置分布看，華山松林地優先路徑的連通性最好，其次是云南松林地和高山櫟林地，滇油杉林地連通性最差；從優先路徑數量看，數量大小依次為：高山櫟林（3 974）＞云南松林（3513）＞滇油杉林（3171）＞華山松林（2770），優先路徑連通性較好的林地土壤在數量上不一定占有優勢，相反，優先路徑數量最大的林地土壤連通性并不是最佳，這可能是染色圖像處理過程中造成的誤差，導致同一林地土壤優先路徑的連通性和數量不一致。研究區4種林地優先路徑發育均較好，程競萱等[36]研究發現，在重慶四面山土壤優先流發育程度為天然針闊混交林地＞天然闊葉林地＞農地；Zhang等[37]提出，林地土壤比果園土壤有更多的優先流動路徑，均說明林地土壤優先流具有優勢性。研究區4種林地表層土壤優先路徑數量較多，顯著多于深層土壤，其原因主要還是表層土壤團聚體結構穩定性好，枯落物的分解增加表層土壤有機質含量和團聚體數量[38]。隨著土層深度增加，土壤團聚體結構穩定性和水分下滲能力減弱，優先路徑數量逐漸減少，這與盧華興等[23]在滇南地區的研究結果一致。華山松林地土質疏松，大孔隙數量多，有利于水分在土壤層中垂直運移，且其土壤表層枯落物和腐殖質較厚，增加土壤有機質含量，形成更多的團粒結構，提高土壤孔隙的通透性和優先路徑的連通性[39]。挖掘染色剖面時發現，滇油杉林地土壤中含有不同粒級的石礫，這可能是導致滇油杉林地土壤優先路徑連通性較差的原因。

4.3 土壤團聚體結構對優先路徑的影響

通過主成分分析、相關分析和灰色關聯分析，表明土壤團聚體結構影響土壤優先路徑的形成。華山松林地表層土壤土質疏松，云南松林地深層土壤黏性大、透水性差，土壤結構可能是導致云南松和華山松林地優先路徑數量隨土壤深度分布不規律的主要原因。程金花等[14]認為，土壤結構是形成優先路徑的基礎，土壤結構通過改變土壤含水率間接影響優先路徑的形成；Wuest[18]研究發現，基質流區域的土壤團聚體結構含量明顯比優先路徑附近區域低。土壤優先路徑數量與各個土壤團聚體結構特征指標的關聯水平屬于中等或較強關聯，其中，PAD的關聯度平均值達0.742，MWSSA的關聯度最小，說明PAD最能反映土壤團聚體結構對土壤優先路徑的影響程度。魏霞等[26]認為，PAD是反映土壤團聚體受到侵蝕后崩解、破壞的程度，而MWSSA反映土壤團聚體質量的準確性不高，不利于土壤團聚體結構特征的表達。4種林地土壤團聚體結構和優先路徑的平均耦合度為0.683，系統整體水平屬于弱協調，說明土壤團聚體結構并不是優先路徑形成的限制因素，優先路徑的形成可能受其他因素（如林木根系）的影響。程金花等[40]認為，林地土壤中的林木根系能夠產生孔隙，促進優先路徑的形成，同時也能使土壤團聚體破碎，堵塞土壤孔隙而不利于優先路徑的形成。

5 結論

(1) 4種林地土壤具有良好的團聚體結構，其穩定性依次為：華山松林＞滇油杉林＞云南松林＞高山櫟林，土壤團聚體結構受林地類型、土層深度的影響顯著(P＜0.05)，且與不同粒級水穩定性團聚體有相關性。

(2) 林地土壤優先流具有優勢性，華山松林優先路徑的連通性優于云南松林、高山櫟林和滇油杉林，0～10 cm表層土壤土質疏松，優先路徑數量較多，隨著土層深度增加，優先路徑數量逐漸減少。

(3) WSA、MWD、GMD、MWSSA、PAD、D能較好地評價土壤團聚體結構特征，與優先路徑數量的關聯度大于0.62，屬于中度關聯，土壤團聚體結構是影響優先路徑形成的重要因素。

(4) 不同林地類型土壤優先路徑與土壤團聚體結構的耦合度為0.683，系統整體水平屬于弱協調，土壤團聚體結構不是優先路徑形成的限制因素，4種林地耦合協調程度依次為：0.728（云南松林）＞0.681（華山松林）＞0.663（高山櫟林）＞0.662（滇油杉林）。