劉 超, 姚光興, 安 娟, 吳元芝

〔1.臨沂大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院 山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室,山東 臨沂 276005; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院, 北京 10083〕

優(yōu)先流是水分沿土壤中大孔隙、根孔、蟲洞、裂隙等路徑向下快速入滲到達深層土壤甚至地下水的非平衡水分運動現(xiàn)象[1-2]，是較為常見的土壤水分運動形式之一，優(yōu)先流的發(fā)生常使灌溉和降水中的部分水分快速流到根系分布層以下，使灌溉和降水對根區(qū)土壤水分的補充不能達到預(yù)期效果，使上層土壤干旱持續(xù)[3]；而在水分快速運輸?shù)倪^程中，溶質(zhì)也隨水分運移，進而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分流失和面源污染等方面的問題[4-5]。因此，優(yōu)先流與人類的生產(chǎn)生活和生態(tài)安全息息相關(guān)，因而土壤優(yōu)先流研究越來越被人們重視，成為目前土壤水文學(xué)關(guān)注的熱點問題之一。學(xué)者們多采用染色示蹤[6-7]、張力滲透儀[8]、CT掃描等[9]方法研究土壤優(yōu)先流，其中染色示蹤法因可以直觀、清晰地反映優(yōu)先流流經(jīng)區(qū)域而受到廣泛的應(yīng)用。已有研究利用染色示蹤法對不同土地利用類型[10-11]、植被類型[12-13]及土壤條件包括土壤結(jié)構(gòu)[14]、質(zhì)地[15]、水分條件下[16-17]優(yōu)先流發(fā)育特征及產(chǎn)流機制進行了廣泛的探討。也有學(xué)者們關(guān)注耕作方式對優(yōu)先流發(fā)育的影響，如陳曉冰等[18]研究西南巖溶區(qū)甘蔗地不同耕作方式下優(yōu)先流發(fā)育特征發(fā)現(xiàn)，粉壟耕作方式與免耕方式相比，可降低巖溶區(qū)甘蔗地土壤優(yōu)先流的發(fā)生與發(fā)展，并在一定程度上提高土壤的保肥蓄水能力；而王發(fā)等[19]研究發(fā)現(xiàn)耕作犁底層有阻礙水分入滲和優(yōu)先流產(chǎn)生的作用。土石山區(qū)土層淺薄，下伏基巖風(fēng)化層與犁底層類似，具有與上層土壤差異較大的質(zhì)地與結(jié)構(gòu)，但下伏基巖風(fēng)化層對優(yōu)先流發(fā)育的作用尚不明確，不同土壤厚度條件下土壤優(yōu)先流發(fā)育特征研究較少。魯中南花崗巖丘陵地處北方土石山區(qū)，土層淺薄，土壤發(fā)育程度較弱，含有大量礫石，坡耕地水土流失及氮磷流失嚴(yán)重[20, 21]，其優(yōu)先流發(fā)育程度研究較少。因此，本文以地處魯中南山地丘陵區(qū)的山東省蒙陰縣雙河峪小流域坡耕地不同厚度土壤為研究對象，以亮藍染色圖像變化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用統(tǒng)計學(xué)中的變異性分析方法，結(jié)合圖像分析技術(shù)中的形態(tài)學(xué)理論，分析薄層土壤坡耕地不同土壤厚度條件下優(yōu)先流發(fā)育特征的差異，探討北方土石山區(qū)薄層土壤對優(yōu)先流發(fā)育的影響機制，旨在為土層淺薄條件下坡耕地灌溉效率提高及面源污染防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究選擇試驗樣地位于地處魯中南山地丘陵區(qū)的蒙陰縣雙河峪小流域。該小流域位于臨沂市飲用水水源地—云蒙湖庫區(qū)(117°45′—118°23′E，35°27′—36°20′N)，地勢南北高，中間低，由西向東逐漸傾斜。山地丘陵占總面積的94 %，海拔高度170～500 m，坡度10°～15°，年平均氣溫13.7 ℃，降水主要集中在7月下旬至9月中旬，多年平均降水量733.4 mm，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。該小流域母巖為典型花崗巖，土壤以粗骨性棕壤為主，土層厚度常不足50 cm，地下水埋深6～22 m。該小流域是典型農(nóng)業(yè)小流域，坡耕地以種植花生為主，每年都用小型機械翻耕，翻耕深度20～30 cm。人為活動劇烈，水土流失嚴(yán)重。為保證土壤的厚度，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民每隔幾年就用挖掘機深翻至50 cm，將淺層風(fēng)化母質(zhì)挖起以增加土壤層厚度。因而該區(qū)域花生坡耕地沒有明顯的犁底層，松散土壤層下即是堅硬基巖風(fēng)化層。本研究在坡耕地選取土壤厚度不同的位置建立試驗小區(qū)，進行染色示蹤試驗。

1.2 染色示蹤試驗

依據(jù)研究區(qū)土壤厚度的不同，于2018年4月在翻耕未起壟前的花生坡耕地上調(diào)查土壤厚度，然后選擇土壤厚度不同的(30 cm，50 cm)2個代表性位置，建立寬60 cm的正方形試驗小區(qū)各1個，四周埋入有機玻璃板，插入深度至土壤和基巖風(fēng)化層交界處，玻璃板露出地表高度為20 cm，邊緣壓實，防止水分側(cè)滲。用玻璃膠粘貼PVC板的縫隙，防止染色劑從縫隙中直接入滲，從而影響試驗結(jié)果。

取亮藍染色粉末40 g，加10.8 L水(相當(dāng)于當(dāng)?shù)卮笥杲涤炅?配制成4 g/L為標(biāo)準(zhǔn)的亮藍染色劑當(dāng)作示蹤染料溶液。在試驗樣地的土壤表面，用電動噴霧器均勻噴灑35 min左右(約300 ml/min)。染色劑噴灑后，用薄膜塑料布覆蓋2個樣方，避免外界影響。待染色24 h后，取中間未受干擾的50 cm×50 cm，以10 cm為間隔挖一系列垂直剖面，開挖得到5個土壤染色剖面，所有剖面挖掘深度均到達基巖風(fēng)化層，深度為40—60 cm，用小刀和小土鏟將剖面修整平齊，用像素為1 300萬的佳能數(shù)碼相機進行剖面的垂直拍攝，并在拍照的同時用卷尺或者直尺作為參照，標(biāo)定染色區(qū)域的面積。

1.3 土壤物理性質(zhì)測定

試驗前用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀分別取0—10，10—20 cm和20—30 cm土壤，用于測定土壤的容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度，同時取10 cm×10 cm×10 cm土塊，分散后裝入用塑封袋用于測定>2 mm礫石質(zhì)量含量，并用250 ml環(huán)刀取原狀土結(jié)合Hyprop導(dǎo)水率測定系統(tǒng)測定飽和導(dǎo)水率。采用環(huán)刀烘干法測定土壤容重，采用環(huán)刀浸泡法測定毛管孔隙度、總毛管孔隙度，并計算非毛管孔隙度。將塑封袋內(nèi)土樣烘干，然后用篩分法測定>2 mm石礫含量，結(jié)果詳見表1。

表1 試驗耕地的土壤物理性質(zhì)

1.4 數(shù)據(jù)處理

在進行染色剖面的拍攝時，由于人為操作以及當(dāng)時拍攝的環(huán)境等因素的影響，致使所拍攝出來的圖片存在一定程度空間幾何誤差，需要對誤差圖片進行幾何校正及剪切。利用Photoshop CS3將拍攝的垂直染色剖面彩色圖像進行幾何校正、剪切、自動對比度、光照校正、灰度、色階、亮度以及降噪等步驟的處理，將其轉(zhuǎn)為黑白閾值圖像，這樣就使得染色區(qū)變?yōu)楹谏?像素值為0)、非染色區(qū)變?yōu)榘咨?像素值為255)，利于觀測結(jié)果以及后期的比對。調(diào)整閾值使處理結(jié)果與實際染色結(jié)果相同，將其另存儲為位圖格式(*.TIF)。然后利用專業(yè)圖像軟件Imge-Pro Plus 6.0把所得的幾何校正后的水平染色圖像進行濾鏡處理，并輸出由0，255組成二值矩陣，然后以此為依據(jù)利用Excel 2016進行優(yōu)先流特征分析及優(yōu)先流變異性分析，并利用SPSS 20軟件進行統(tǒng)計分析，采用OringinPro 2019和Excel 2016進行繪圖。本研究利用箱圖比較不同土壤厚度條件下優(yōu)先流特征指數(shù)的分布差異，并用方差分析比較兩種土壤厚度條件下各項指數(shù)差異的顯著性，箱圖的箱體采用的是20%～80%的百分位數(shù)，即60%的變量落在箱體內(nèi)。

1.5 優(yōu)先流特征指數(shù)及變異性

1.5.1 優(yōu)先流特征指數(shù)

(1) 染色面積比。染色面積比指一定深度土層中染色像素占圖像寬度的比例[6]，計算公式為：

(1)

式中：DCi為土層深度i處染色面積比(%);ai為深度i處土壤染色面積(mm2);A為深度i處圖像寬度總面積，土壤剖面寬度為500 mm，即A為500 mm2。

(2) 基質(zhì)入滲深度。是土壤入滲由基質(zhì)入滲發(fā)展成為優(yōu)先流入滲時的最大垂直深度，也是土壤優(yōu)先流發(fā)生深度[22]，一般用土壤剖面中染色面積比≥80%時的土層深度表示。

(3) 最大染色深度。是染色圖像中像素為0的最大土層深度，可以指征土壤水分入滲的最大深度，數(shù)值越大，說明土壤水分入滲越深，在一定程度上可以反映優(yōu)先流的分布深度。

(4) 優(yōu)先流比。是土壤整個剖面中優(yōu)先流對應(yīng)的染色面積占整個土壤剖面總?cè)旧娣e的比例[22]?；诖怪逼拭嬗嬎愕脕淼耐寥纼?yōu)先流比可以剔除基質(zhì)入滲區(qū)域的影響，從而更真實的反映優(yōu)先流區(qū)在整個染色區(qū)域的分布情況，其計算公式為：

(2)

式中：PF為土壤剖面優(yōu)先流比(%); UF為土壤剖面基質(zhì)入滲深度(mm);W為土壤剖面水平寬度(mm); DT為土壤剖面染色區(qū)總面積(mm2)。

(5) 優(yōu)先流長度指數(shù)。在豎直剖面上每一層與上一層染色面積比之差的絕對值之和，與染色劑滲透模式的異質(zhì)性程度有關(guān)，該參數(shù)較大的土壤優(yōu)先流更發(fā)育[23]。

(3)

式中：Li為優(yōu)先流長度指數(shù)(%); DC(i+1)，DCi為土壤剖面第i+1層、第i層對應(yīng)的染色面積比(%);n為土壤剖面垂直土層數(shù),本研究選取垂直剖面進行該指標(biāo)的計算,沿垂直面向下1個像素為1層,n值大小根據(jù)最大染色深度包含的像素數(shù)確定[12]。

1.5.2 優(yōu)先流變異性

(1) 土壤染色形態(tài)變異性。土壤染色形態(tài)變異性是指不同土層深度范圍內(nèi)的土壤染色圖像的變化程度，即變異系數(shù)，它可以反映土壤空間中優(yōu)先流的發(fā)育程度[6-7]，表達式為：

(4)

式中：Cv為土壤優(yōu)先流染色面積比變異系數(shù)(%);N為土壤剖面優(yōu)先流垂直土層數(shù)量; DCi為土壤剖面第i層對應(yīng)的染色面積比(%); DCm為優(yōu)先流染色面積比均值。

(2) 最大入滲深度非均勻系數(shù)。因為實際入滲深度很難確定，一些已有學(xué)者將最大入滲深度非均勻系數(shù)用于分析優(yōu)先流入滲的非均勻性，同時這也是優(yōu)先流發(fā)育變異性的一種表示方法[24-25]。

(5)

式中：Cu為最大入滲深度的非均勻系數(shù);hmax(xi,yi)為垂直剖面(xi,yi)位置處染色最大深度;hmeam為水平方向不同位置染色最大深度的平均值；m為垂直剖面水平方向總像素點數(shù),本研究取值500。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤厚度條件下優(yōu)先流染色剖面空間分布

土壤厚度為30 cm和50 cm條件下垂直染色剖面分布圖像如圖1所示，各剖面染色面積比變化及平均染色面積比的垂直分布如圖2—3所示。

注：P1，P2，P3，P4，P5分別為土壤厚度為30 cm條件下的5個染色剖面； H1，H2，H3，H4，H5分別為土壤厚度為50 cm條件下的5各染色剖面。下同。

圖2 不同土壤厚度條件下各垂直剖面染色面積比

從5幅染色圖像(圖1)可以看出，隨著橫向距離的變化，優(yōu)先流染色面積會受到土壤結(jié)構(gòu)的影響發(fā)生變異，但總體上表現(xiàn)出較為一致的垂直剖面分布規(guī)律，即表層土壤(10 cm)以上染色較為均勻，隨著土層深度的增加，染色面積比呈波動減小趨勢，且各剖面之間存在一定差異(圖2)。

從圖2—3可以看出，染色面積比并不是隨著入滲深度的增加而單調(diào)遞減，而在局部區(qū)域會出現(xiàn)染色面積隨入滲深度增加而增大，這主要是土壤水側(cè)向入滲等因素形成的。土層厚30 cm條件下染色面積比在10—15 cm處開始迅速降低，最大染色深度僅到27.5 cm處，而土層厚50 cm條件下染色面積比在15—20 cm處有明顯降低，之后依然逐漸降低，最大染色深度接近40 cm，說明兩種條件下土壤優(yōu)先流發(fā)育垂直變化有明顯差異，土壤厚度較大條件下優(yōu)先流發(fā)育的空間不均勻性增大。

圖3 不同土壤厚度條件下垂直剖面平均染色面積比分布

2.2 不同土壤條件下優(yōu)先流形態(tài)特征差異分析

由不同土壤厚度條件下優(yōu)先流發(fā)育特征指數(shù)分布圖(圖4)可以看出，土壤厚度為30 cm條件下，各剖面染色面積比大于80%的基質(zhì)入滲深度在9.9—14.5 cm范圍內(nèi)，平均為11.8 cm，即9.9 cm以上土層土壤水分運動以基質(zhì)入滲為主導(dǎo)，9.9 cm以下基質(zhì)入滲逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先流入滲；優(yōu)先流最大入滲深度在19.8—27.5 cm范圍內(nèi)，平均為24.2 cm和27.5 cm以下優(yōu)先流消失，即土壤厚度為30 cm時優(yōu)先流發(fā)育深度范圍為9.9—27.5 cm；而土壤厚度為50 cm條件下，基質(zhì)入滲深度在6.1—16.6 cm平均為11.9 cm，優(yōu)先流最大入滲深度在23.7—39.5 cm范圍內(nèi)，平均為34.6 cm和39.5 cm深度以下優(yōu)先流消失，此時優(yōu)先流發(fā)育范圍為6.1—39.5 cm。方差分析結(jié)果顯示兩種土壤厚度條件下基質(zhì)入滲深度沒有明顯差異(p=0.95>0.05)，最大入滲深度差異顯著(p=0.01<0.05)，因而兩種土壤厚度條件下，基質(zhì)入滲深度差異不明顯，但是土壤厚度為50 cm條件下優(yōu)先流發(fā)育范圍較大。

圖4 不同土壤厚度條件下優(yōu)先流發(fā)育特征值指數(shù)的分布

優(yōu)先流比是反映土壤優(yōu)先流染色區(qū)域占整個土壤剖面染色區(qū)域比例的優(yōu)先流特征參數(shù)，其數(shù)值越大，說明優(yōu)先流現(xiàn)象越明顯[22]。土壤厚度為30 cm樣地優(yōu)先流比為13.2%～38.0%，而土壤厚度為50 cm樣地優(yōu)先流比為19.6%～55.5%，即土壤厚度為30 cm條件下，優(yōu)先流比波動范圍比較小，優(yōu)先流現(xiàn)象比較穩(wěn)定；而兩者優(yōu)先流比均值分別為28.2%和29.5%，方差分析結(jié)果顯示，兩種土壤厚度條件下優(yōu)先流比沒有顯著差異(p=0.875>0.05)，因此兩種土壤厚度條件下優(yōu)先流發(fā)育有一定差異，但差異不顯著。優(yōu)先流長度指數(shù)可以體現(xiàn)優(yōu)先流和基質(zhì)入滲的差異性，其數(shù)值越大表示優(yōu)先流程度越高[6]，土層厚30 cm條件下長度指數(shù)為133%～156%范圍內(nèi)，均值145%±11%，50 cm厚度條件下長度指數(shù)較高，為163%～239%，均值為191%±32%，兩者具有明顯差異(p=0.018<0.05)。因此，不同土壤厚度條件下優(yōu)先流開始發(fā)育深度和優(yōu)先流比沒有明顯差異，而優(yōu)先流發(fā)育深度范圍和長度指數(shù)有明顯差異，即土壤厚度增加了優(yōu)先流發(fā)育的垂直空間，進而有利于水分垂直的入滲。

2.3 不同土壤厚度條件下優(yōu)先流變異性特征

圖5為土壤厚度30 cm和50 cm條件下染色面積比的變異系數(shù)Cv的分布。從圖5可以看出，土壤厚度30 cm和50 cm條件下優(yōu)先流染色面積變異系數(shù)范圍分布為16.5%～76.4%，70.4%～99.9%，均值分別為60.9%，87.7%，且兩者差異顯著(p=0.006<0.01)，說明土壤厚度增大導(dǎo)致優(yōu)先流變異性增大。研究表明，優(yōu)先流染色面積變異系數(shù)Cv越大優(yōu)先流發(fā)育程度越高[6,26]，而且本研究土壤厚度50 cm條件下優(yōu)先流長度指數(shù)和優(yōu)先流最大入滲深度明顯較高。因此土壤厚度為50 cm條件下土壤優(yōu)先流發(fā)育程度較高。再者，土壤厚度為30 cm和50 cm條件下優(yōu)先流最大入滲深度非均勻系數(shù)的范圍Cu分別為0.12～0.35，0.23～0.39，平均值為0.22，0.30(圖5)，50 cm條件下優(yōu)先流最大入滲深度的非均勻性有增加趨勢，但兩者差異不顯著(p=0.106>0.05)(圖5)。雖然兩者優(yōu)先流最大入滲深度有明顯差異，但兩者最大入滲深度的變異性并沒有顯著差異，即土壤厚度并未對最大入滲深度的非均勻性特征構(gòu)成明顯影響。

圖5 不同土壤厚度條件下優(yōu)先流發(fā)育變異性指數(shù)分布

3 討 論

本研究采用染色示蹤法對不同土壤厚度條件下坡耕地優(yōu)先流染色圖像進行解析，分析北方土石山區(qū)薄層土壤中基巖風(fēng)化層存在位置對優(yōu)先流發(fā)育特征的影響，為深入探究土石山區(qū)土壤水分運移規(guī)律和坡耕地養(yǎng)分流失機理提供了一定的研究基礎(chǔ)。

土壤性質(zhì)、根系生長、土壤動物活動等都是影響優(yōu)先流發(fā)育的因素[2]。本研究土壤是早春翻耕后的土壤，土壤中幾乎見不到根系、蟲洞，試驗前土壤沒有明顯干濕過程，也不存在干濕變化形成的裂隙，因而以上因素不是該區(qū)坡耕地土壤優(yōu)先流發(fā)育形成的主要原因。研究表明，土壤中存在的礫石有利于促進優(yōu)先流發(fā)育[27]，本研究區(qū)域坡耕地頻繁的機械耕作，致使土壤中混合大量的>2 mm石礫，土壤結(jié)構(gòu)松散，非毛管孔隙度高(表1)，因而大量礫石存在形成的大孔隙是該地區(qū)坡耕地土壤優(yōu)先流形成的主要原因。已有研究表明礫石含量增加可能會會使土壤大孔隙體積、孔隙半徑和孔隙密度增加[28]，本研究中隨土層深度增加坡耕地土壤的容重和石礫含量增加，總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度有一定程度的降低趨勢(表1)，石礫含量增加并沒有伴隨土壤大孔隙的增加，這可能是受取樣環(huán)刀尺寸影響，環(huán)刀內(nèi)碎石尺寸較大時，因碎石的孔隙度較小而使土壤孔隙度的測定結(jié)果偏小。另有研究表明礫石含量對水分運移的影響非常復(fù)雜，一方面因其促進大孔隙形成而有利于水分入滲，另一方面因其增加入滲路徑的復(fù)雜程度而延遲水分入滲[29]。本研究中隨土層深度增加礫石含量增加，飽和導(dǎo)水率降低(表1)，這可能是因為隨礫石含量增加入滲路徑的復(fù)雜程度增大的效應(yīng)超過了大孔隙增加對入滲的促進作用，從而延遲水分入滲[30-31]。因此本研究利用基質(zhì)入滲深度、最大染色深度、優(yōu)先流比、染色面積比剖面分布等研究土壤中優(yōu)先流發(fā)育特征，分析發(fā)現(xiàn)兩種土壤厚度條件下基質(zhì)入滲深度沒有顯著差異，均值在11.8 cm左右，這與0—10 cm土層飽和導(dǎo)水率明顯高于下層土壤有關(guān)(表1)。研究中還發(fā)現(xiàn)兩種土壤厚度條件下優(yōu)先流比沒有顯著差異，但土壤厚為50 cm條件下最大染色深度和長度指數(shù)明顯較大。由于花崗巖風(fēng)化基巖層的孔隙度、導(dǎo)水率明顯低于土壤層[32]，土壤層和風(fēng)化基巖層的交界面與層狀土壤的分層界面一樣存在毛管障礙[33]，從而對水分入滲起抑制作用。土層較薄條件下，水分到達土壤與風(fēng)化基巖層交界面附近較早，受土壤層與風(fēng)化基巖層交界面的毛管障礙影響，土壤中的空氣隨著水分入滲壓縮到一定程度不能再壓縮后阻礙水分的入滲，進而阻礙了優(yōu)先流的發(fā)育，因而風(fēng)化基巖層對優(yōu)先流發(fā)育的抑制作用發(fā)生較早；而土層較厚條件下，水分垂直入滲空間較大，相同入滲水量條件下水分可以優(yōu)先流形式入滲到接近40 cm深度附近，且空間分異較大，具有較大的長度指數(shù)。已有研究表明基質(zhì)入滲深度越大，優(yōu)先流區(qū)染色面積相對較小，優(yōu)先流比便小，優(yōu)先流發(fā)育程度便低[34]。雖然本研究中兩種土壤厚度條件下基質(zhì)入滲深度沒有顯著差異，但土壤厚度較小時優(yōu)先流入滲深度和長度指數(shù)明顯較小，因而土壤厚度較薄時不利于優(yōu)先流發(fā)育，也即土石山區(qū)下伏基巖風(fēng)化層所處位置變淺一定程度上阻礙水分的垂直入滲。

已有研究[6,25]表明長度指數(shù)、變異系數(shù)均是與染色圖像異質(zhì)性相關(guān)的指標(biāo)，本研究不同土壤厚度條件下長度指數(shù)和變異系數(shù)有明顯差異，而且土壤厚度為50 cm時優(yōu)先流長度指數(shù)和變異系數(shù)都明顯高于土壤厚度為30 cm時，說明土石山區(qū)薄層土壤的厚度增加使優(yōu)先流空間分異增加，即土石山區(qū)薄層土壤下伏基巖風(fēng)化層所處深度對優(yōu)先流空間分異有明顯影響。因此，水土流失導(dǎo)致土層變薄可能限制優(yōu)先流發(fā)育及其擴散。這一結(jié)果與王發(fā)等[19]的研究發(fā)現(xiàn)類似，他們在喀斯特地區(qū)退耕洼地和耕地的研究發(fā)現(xiàn)耕作層存在會限制水分的入滲，阻礙優(yōu)先流產(chǎn)生，但加強水分的橫向擴散。鑒于此，土石山區(qū)坡耕地土壤厚度變薄，基巖風(fēng)化層所處位置變淺會阻礙深層水分入滲，可能增加沿坡面向下的壤中流。但本研究僅是在60 cm×60 cm小區(qū)基于30 mm入滲水量得出的初步結(jié)果，沒有考慮沿坡面向下的水流，也沒有考慮入滲水量變化會帶來怎樣的結(jié)果。而有研究表明入滲水量的增加可以促進水分向更深層運動，且隨入滲水量增加，總?cè)旧娣e比和優(yōu)先流長度指數(shù)增加、最大入滲深度的非均勻性減小[24-25]。另外，付智勇[35]基于60 mm降雨量的徑流小區(qū)試驗研究表明土層較薄小區(qū)比土層較厚小區(qū)具有較高的壤中流和深層入滲量。因而入滲水量增加如果使優(yōu)先流入滲到基巖風(fēng)化層，基巖風(fēng)化層所處位置對優(yōu)先流發(fā)育的影響可能發(fā)生變化。因此，不同入滲水量條件下基巖風(fēng)化層所處位置對優(yōu)先流發(fā)育特征的影響可能更加復(fù)雜，需要進行進一步研究以全面探究土石山區(qū)基巖風(fēng)化層所處位置或者土壤層厚度對地表水文過程的影響。另外，水土流失不僅導(dǎo)致土壤厚度變化，還會引起土壤顆粒組成變化，水土流失導(dǎo)致土壤中細(xì)顆粒減少，粗顆粒所占比例相應(yīng)增加可能引起土壤大孔隙增多，進而會促進優(yōu)先流發(fā)育[36]，因而水土流失條件下土壤厚度減小、細(xì)顆粒減少對優(yōu)先流發(fā)育的影響也將更加復(fù)雜，這也是今后值得深入研究的重要問題。

4 結(jié) 論

本文利用30 mm入滲水量對土石山區(qū)不同土壤厚度坡耕地進行染色示蹤試驗，并對垂直染色剖面的分布進行了圖像學(xué)和統(tǒng)計學(xué)分析。土壤厚度為30 cm和50 cm時基質(zhì)入滲深度相近，優(yōu)先流比沒有顯著差異；但兩者優(yōu)先流發(fā)育范圍，空間變異差異顯著，最大入滲深度分別為24.2，34.6 cm(p=0.01<0.05)，平均長度指數(shù)分別為145%，192%(p=0.018<0.05)，染色面積比變異系數(shù)分別為60.9%，87.7%(p=0.006<0.01)；后者最大入滲深度的非均勻系數(shù)有增大趨勢，但不明顯。因此，土石山區(qū)下伏基巖風(fēng)化層所處位置變淺會一定程度上阻礙優(yōu)先流垂直入滲。