桂北巖溶區典型農地土壤優先流特征

李振東, 朱彥光, 陳曉冰,2, 甘 磊, 張宗急, 方榮杰, 程芳麗

(1.桂林理工大學 環境科學與工程學院, 廣西 桂林 541004; 2.桂林理工大學,廣西巖溶地區水污染控制與用水安全保障協同創新中心, 廣西 桂林 541004; 3.桂林理工大學,廣西環境污染控制理論與技術重點實驗室, 廣西 桂林 541004; 4.桂林市農業科學院, 廣西 桂林 541004)

優先流是土壤中一種常見的水分運動形式，農田中優先流的發生會使水分攜帶溶質快速向地下深處入滲[1]，縮短農作物對水肥的吸收時間，造成水肥流失[2]。并且，肥料隨水分運移到地下深層還會增大地下水受污染的風險，破壞環境[3-5]。

廣西巖溶地貌廣泛分布，全區共有81.86萬hm2的石灰土壤，其中有20.41萬hm2用于耕地使用[6]。巖溶這種特殊的地質條件，形成的土壤裂隙和孔隙高度發育，優先流現象普遍發生[7]。國外對巖溶區的優先流研究較早且已取得一定成果，基于優先流運動特點，Ayadi等[8]采用同位素示蹤法研究了地中海巖溶區地下水質變化，Pacheco等[9]采用層次聚類分析方法研究了巖溶區地下水時空變化過程。此外，Paquette等[10]采用同位素示蹤法研究了巖溶區凍土徑流機制和優先流路徑中水分含量變化。而我國對于優先流的研究也主要集中在東北黑土區[11]、黃土高原區[12]、南方花崗巖[13]、南方紫砂巖區[14]等地，隨著研究的深入和對巖溶區生態環境的逐漸重視，一些學者也開始逐步對巖溶區優先流開展相關研究[6]。但對于巖溶區農地優先流，目前國內外研究較少。優先流的影響因素較多，在不同環境下優先流特征也存在一定差異性，王發等[15]對退耕和耕作的農地優先流現象進行研究發現，耕作方式的不同使得土壤結構改變，發育有不同特征的土壤孔隙，進而改變土壤中優先流特征。也有研究表明，不同利用類型的土壤與優先流現象的發生存在著一定聯系[16]，不同植物和不同的耕作方式對土壤環境的影響不相同，進而對優先流的發育也有不同的影響。陳國靖等[17]對寧夏林地和草地的土壤結構進行研究，發現人類耕作活動會破壞土壤團聚體，而土壤中團聚體越多，土壤孔隙發育情況越好，優先流的通道更多。但是對于巖溶區不同農地間的土壤環境差異，特別是農作物種類差異會對優先流的發生及其變化產生何種影響，仍缺少相關分析研究。

針對以上問題，本文以廣西桂北巖溶區3種典型農地，即玉米地、花生地和水稻田的土壤優先流為研究對象，通過野外染色示蹤法，結合圖像形態學、數理統計以及分形理論等方法，分析研究桂北巖溶區不同農地土壤間的優先流特征，為西南巖溶區土壤水分運動理論發展提供一定基礎，也為巖溶區合理利用土地資源，提高施肥和灌溉效率，減少地下水受污染提供一定科學指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于廣西桂林市農業科學院農作物種植試驗區內，地理位置為25°4′N，109°44′E。研究區內地勢平坦，平均海拔高度160 m，屬于亞熱帶季風氣候，多年平均降水量1 894 mm，年平均氣溫18.5 ℃。試驗時間為2017年12月1日至2018年1月15日。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇與布設 在研究內選取3塊分別種植有玉米(YM)、花生(HS)、水稻(SD)的農地，農地尺寸均為長15 m和寬20 m，且3塊試驗地均未進行翻耕。3塊樣地施肥水平分別為：玉米地施基肥復合肥37.50 g/m2，鈣鎂磷肥15.00 g/m2，追施尿素15.00 g/m2，硫酸鉀15.00 g/m2，復合肥52.50 g/m2；花生地基肥施用鈣鎂磷肥75.00 g/m2，花期噴施2次葉面肥(磷酸二氫鉀和硼肥)；水稻田基肥施復合肥60.00 g/m2，追肥施尿素18.75 g/m2，氯化鉀15.00 g/m2。在3塊農地內的作物種植帶之間分別隨機選取4個試驗觀測點，同一樣地間每個試驗點間隔至少2 m，清理表面枯枝落葉和雜草。然后將長、寬、高分別為60 cm，60 cm和30 cm的矩形金屬樣框垂直緩慢砸入土壤中，砸入深度為15 cm，以形成染色試驗觀測樣方，且在樣方上覆蓋聚乙烯塑料薄膜進行預處理，以保證樣地在染色試驗前的土壤前期含水量相近，時間為24 h。樣地基本情況見表1。

1.2.2 染色示蹤試驗 24 h后移除塑料薄膜，以當地累積24 h降雨量25 mm為試驗標準，配置9.5 L且溶液濃度為4 g/L的亮藍溶液，用帶有恒流泵的噴頭以150 ml/min的速度均勻噴灑到金屬樣方內的土壤中(圖1)。噴灑結束后，再將塑料薄膜繼續覆蓋在金屬樣方上。24 h后移除薄膜和金屬樣方，選取樣方中間50×50 cm的區域染色土壤進行染色剖面垂直挖掘，挖掘方式為每層10 cm的垂直深度，且最大挖掘深度為50 cm，即本研究最大染色深度。并使用高分辨率的數碼相機對土壤垂直染色剖面進行拍攝，拍攝過程中配測量標尺和灰階比色卡，以獲取土壤垂直染色剖面圖像。

表1 樣地基本情況

圖1 染色剖面處理示意圖

1.2.3 土壤染色圖像處理 在得到土壤染色剖面圖像后，利用ERDAS IMAGINE 2016 軟件對其進行校正處理，并使用PhotoshopCS 6.0將校正后的圖像進行裁剪，本研究裁剪后的尺寸為500×500 pixels，并繼續對圖像進行顏色替換，將土壤染色部分替換成黑色，土壤未染色部分替換成白色，最后形成黑白二色圖。再將得到的圖像進行閾值調整和降噪，使替換顏色后的圖像與染色原始圖像相一致。最后將所得圖像導入Image Pro Plus 6.0軟件中，利用軟件分割和計數功能將圖像轉換成由0(黑色)和255(白色)組成的二值數據矩陣，導入到Excel中，再進行相應參數計算分析。

1.2.4 優先流特征參數

(1) 染色面積比。染色面積比[18]是將染色剖面圖分成若干層，本文取每層厚度為1 mm。將每張染色圖片轉換成數值矩陣后，計算每層黑色像素點所占比例，即染色面積比。表達式為：

(1)

式中:DC為每層染色面積比(%);D為每層黑色像素面積(mm2);ND為每層白色像素總面積(mm2)。同理，統計數值矩陣中黑色像素總面積比上剖面總面積即可得總的染色面積比。

(2) 基質流深度。基質流深度[19]是指土壤中水分以基質流形式運動的垂直深度，單位為mm。本文將染色面積比大于等于80%的土層深度定義為基質流深度。

(3) 優先流比。優先流比[19]是指土壤染色剖面中，優先流區域的面積占總染色面積的比值。表達式為：

(2)

式中:PF-fr為土壤優先流比(%)；UniFr為基質流深度(mm)；W為土壤剖面染色寬度(mm)；TotStAr為土壤剖面總染色面積(mm2)。

1.2.5 分形維數 土壤優先流形成的濕潤鋒跡線具有不規則和無序的復雜幾何形態，因此可以用分形維數來表征土壤優先流濕潤鋒跡線的形態特征，從而反映土壤優先流的發生程度。同時，分形維數不僅可以用來分析單位長度線的特征，還可以對比圖形的復雜性[20]，而土壤染色形態具有不規則和無序性，亦可用分形維數來分析其土壤染色形態特征。

本文采用計盒法來分析濕潤鋒跡線和染色形態的分形維數，取邊長為r的正方形盒子覆蓋圖像，則有一部分盒子不會覆蓋在圖像上，將覆蓋在圖像上的盒子數定為N(r)，然后將r縮小則N(r)會增大，當r趨近于0時，則得到濕潤鋒跡線和染色圖形的分形維數FD[21-22]。表達式為:

(3)

式中:FD為分形維數；N(r)為覆蓋在圖形上的盒子數；r為盒子邊長。

當濕潤鋒跡線分形維數等于1的時候，表示此時入滲的水流為均勻流，當分形維數大于1的時候，表示此時發生優先流，而分形維數越大則優先流現象越明顯[23]。同理染色形態分形維數越大，表示染色形態越不規則，即土壤優先流現象越明顯。本文在獲取土壤染色圖像的染色形態圖片和濕潤鋒跡線后，采用ImageJ軟件來計算濕潤鋒跡線的分形維數。

2 結果與分析

2.1 土壤染色形態分析

對3種典型農地進行野外染色示蹤試驗，得到土壤染色形態垂直剖面，以分析土壤染色形態特征。每個典型農地分別開挖得到20個垂直剖面，總計60張土壤染色形態圖像。本文僅分別在每種農地中選取1個具有代表性的染色剖面進行形態特征分析。

圖2 不同農地土壤染色形態

從圖2中可以看出，玉米地在0—15 cm深度范圍內的土壤出現大面積團塊狀染色形態，隨后出現明顯的樹枝狀染色形態，上下連通性較好。在20—35 cm深度范圍染色形態呈團塊狀，與上層樹枝狀染色形態聯通。團塊狀染色形態的出現表明在這一深度范圍內存在較多側向孔隙，水分以側向運動為主。在35—50 cm土層深度處雖然也存在團塊狀染色形態，但較20—35 cm深度范圍的團塊狀染色形態黑色像素點更少，說明在這一深度范圍內土壤孔隙開始減少，水分入滲形式以垂向運移為主，隨著時間推移，水分入滲深度可達50 cm。而花生地僅在0—10 cm深度范圍出現大面積的團塊狀染色形態，隨后染色形態呈指狀分布。在相同外部條件下，花生地大面積染色形態深度范圍較小，則更快出現染色形態分化現象。從圖中可以看出在4 cm深度之后染色形態呈團塊狀，說明此時優先流現象已開始發生，但水分入滲形式主要還是以側向流動為主，優先流現象較玉米地更弱。花生地表層為熟土，下層為生土，果實生長在土壤表層且呈簇狀生長，生長過程中果實膨脹長大[24]，這也使得土壤表層結構疏松，存在較多側向孔隙，水分入滲較為迅速。同時花生生長在表層，深層土壤受植物影響較小，孔隙發育程度相對表層較小，表現為在土壤15 cm深度之后開始出現3條明顯的指狀染色形態和少數面積較小的團塊狀染色形態，說明其中存在側向孔隙通道，水分在快速向下入滲的過程中發生了側向運移，但水分入滲主要還是以向下運移為主。而玉米地相比花生地染色分化劇烈，水分快速向下運移現象更為明顯。在46 cm深度之內花生地染色達到最大深度，相比玉米地達到50 cm染色深度，花生地水分入滲能力較弱。對比玉米地和花生地，水稻田大面積染色形態僅出現在0—4 cm深度范圍內，表明水稻田出現染色形態分化現象相對玉米地和花生地更快。在4—28 cm深度范圍出現4條指狀染色形態和少量團塊狀染色形態，染色形態連通性較好。水分入滲以垂向入滲為主，伴有少量側向運移現象。水分在經過土壤表層大面積入滲后，沿著4條明顯的孔隙通道快速向下入滲，在土層深度28 cm達到最大染色深度，相比玉米地和花生地，優先流現象較弱。

2.2 土壤優先流變化分析

分別對玉米地、花生地、水稻田的20個土壤垂直染色剖面圖像進行處理，得到基質流深度、染色面積比、優先流比和最大染色深度4個優先流特征參數。

圖3 3種樣地土壤染色面積比

從圖3中可以看出，玉米地的土壤染色面積比均隨土層深度的增加呈先減小再增大再減小的“W”型變化，在土壤0—20 cm深度范圍內染色面積比快速減小，在20—40 cm深度范圍出現明顯波峰(28.74%)。主要是由于這一深度范圍染色形態呈團塊狀，染色面積較大，因此染色面積比出現波峰型變化。而花生地土壤染色面積比隨深度呈“S”型變化，水分在以基質流入滲后染色形態開始分化，土壤染色面積比迅速減小。由于花生生長特性，導致土壤表層孔隙發育，水分在快速向下入滲時還伴有側向入滲的現象，表現為團塊狀的優先流染色形態，因此在這一深度范圍內土壤染色面積比減小的趨勢變緩。之后出現數條豎直的孔隙通道，其形成的染色面積小于團塊狀的染色面積，土壤染色面積比減小的趨勢加快后又減緩。相比玉米地和花生地。水稻田染色面積比隨深度變化曲線呈“L”型，在0～10 cm深度范圍快速減小，在10—48 cm深度范圍內變化趨勢減緩。對比圖2可以發現，水稻田在0—4 cm出現大面積染色形態，隨后分化為4條指狀染色形態。在0—10 cm染色面積比減小80.78%，而10—50 cm染色面積比僅減小17.69%，即圖3中土壤染色面積比從快速變化到變化趨勢減緩的過程。

基質流深度即水分以基質流形式入滲的深度范圍，從而表征優先流現象發生的快慢程度[19]。從表2可以看出，基質流深度最大的是玉米地(5.55 cm),其次是花生地(3.81 cm)，水稻田基質流深度最小(2.36 cm)。說明在相同外部供水條件下，水稻田最先發生優先流，其次為花生地，玉米地發生優先流現象較為滯后。但從圖2和圖3中我們可以看出，玉米地最晚發生優先流現象，但優先流現象更明顯，即表現為在15～50 cm深度發育有大面積的樹枝狀和團塊狀染色形態，染色形態深度達50 cm。從總染色面積比、優先流比、最大染色深度3個參數也可以看出。在相同外部條件下，玉米地的總染色面積比(33.50%)分別是花生地(22.84%)和水稻田(12.55%)的1.47倍和2.67倍；最大染色深度(49.36 cm)大于花生地(43.99 cm)和水稻田(30.92 cm)，三者差異性顯著(p<0.05)。優先流比即水分入滲過程中優先流所占比重[23]，見表1，玉米地優先流比最大(71.59%),其次為花生地(68.58%)，而水稻田(62.03%)最小。在相同外部條件下，玉米地總染色面積比和最大染色深度、優先流比均最大，即玉米地中水分入滲能力較強，優先流現象明顯，其次為花生地，水稻田因土壤中水分長期處于過飽和狀態，前期含水量較高，水分入滲深度較小，也因此優先流現象相對玉米地和花生地較弱。

表2 不同農地土壤優先流特征參數

注：表中數據均為平均值±標準差，n=20；同列數據不同字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.3 土壤優先流發育程度分析

土壤優先流現象形成的濕潤鋒跡線和染色形態具有不規則和無序的復雜幾何形態，分形維數越大，土壤濕潤鋒跡線和染色形態特征越不規則，即優先流發育程度越高[20-23]，結果如圖4所示。

注：D表示濕潤鋒跡線分形維數；Ds表示染色形態分形維數。

圖4 不同農地濕潤鋒跡線與染色形態分形維數

圖中曲線分別為3種典型農地的平均濕潤鋒跡線，玉米地的濕潤鋒跡線在30—45 cm深度范圍內，斜率為0.42，無明顯平緩的濕潤鋒跡線，說明玉米地在0—50 cm水平寬度范圍均有優先流活動。而花生地濕潤鋒跡線在15—32 cm深度范圍之內，水分入滲深度小于玉米地。在0—25 cm水平寬度范圍之內變化較為平緩，即這一寬度內水分入滲深度相似，即無明顯的優先快速入滲現象。在25—50 cm水平寬度濕潤鋒跡線呈波浪形變化，有4個明顯的波峰，波峰的出現說明有4條較發育的孔隙通道，水分沿著這些通道快速向下入滲，優先流主要出現在25—50 cm水平寬度范圍。相對于花生地和玉米地，水稻田濕潤鋒跡線在8—20 cm深度范圍之內，水分入滲能力最弱。同時在0—30 cm水平寬度濕潤鋒跡線呈波浪形變化，整體緩慢向下延伸，但波動幅度相對玉米地和花生地較小，在30—50 cm水平寬度范圍變化較為平緩，說明水稻田存在快速向下運移的入滲水流，主要在0—20 cm水平寬度范圍活動，即優先流現象發育。

通過濕潤鋒跡線可以表征3種典型農地均有優先流現象發生，且玉米地存在數條優先流通道使得水分在其中快速向下入滲。而花生地僅部分寬度范圍濕潤鋒跡線波動較大，濕潤鋒深度范圍小于玉米地。相對于玉米地和花生地，水稻田濕潤鋒跡線深度范圍最小，隨深度變化趨勢更為平緩。濕潤鋒跡線可以定性的分析3種典型農地優先流現象，而本文引入分形維數對優先流進行定量評價。濕潤鋒跡線的平均分形維數由大到小表現為玉米地(1.34)、花生地(1.28)、水稻田(1.26)。玉米地濕潤鋒跡線分形維數最大，即其不規則性最高，因此優先流發育程度相對最高。花生地和水稻田的濕潤鋒跡線分形維數差異性不顯著(p>0.05)，但通過濕潤鋒跡線的分析發現，花生地相比水稻田水分入滲深度更大，且濕潤鋒跡線變化更為明顯。同時對3種典型農地染色形態分形維數分析發現，玉米地染色形態分形維數最大(1.75)，這也進一步說明了，玉米地優先流發育程度最高。其次為花生地(1.73)，水稻田染色形態分形維數最小(1.65)，兩者染色形態分形維數差異性顯著(p<0.05)，說明花生地染色形態相比水稻田更為復雜，即花生地優先流發育程度相比水稻田更高。

3 討 論

田間土壤水分入滲包括基質流和優先流入滲形式，基質流深度即土壤中基質流發生的深度范圍。基質流深度越大，土壤中發生基質流的時間越長，相對的優先流現象的發生則越滯后[19]。本文研究得出玉米地基質流深度分別是花生地和水稻田的1.18倍和1.91倍，說明玉米地優先流現象發育相對滯后，而水稻田最先發育優先流現象。然而對于基質流深度的大小是否也表征優先流現象的強弱，張東旭等[23]對3種不同農地優先流研究結果顯示，南瓜地、柑橘地、玉米地的基質流深度和平均總染色面積比分別為(2.30 cm，1.50 cm，3.50 cm)和(22.80%，17.26%，13.87%)，南瓜地優先流程度最高，其次為柑橘地，玉米地優先流程度最低，基質流深度的大小與優先流發育程度無相關關系，因此本文還引入了其他參數對優先流進行分析。同時，上述學者研究得出的玉米地基質流深度和平均總染色面積比均小于本研究結果(4.51 cm，32.09%)，這主要受土壤類型的影響。同時，本文研究結果顯示玉米地平均總染色面積比分別是花生地和水稻田的1.40倍和2.56倍，三者差異性顯著(p<0.05)，染色面積越大，說明水分運動范圍越大，間接也說明了土壤中大孔隙越多，更容易發育優先流。Flury等[18]也指出在相同外部條件下染色面積比越大，優先流現象更明顯，因此相比花生地和水稻田，玉米地的孔隙較為發育，其次為花生地。張中彬等[25]對紅壤區水稻田研究結果顯示，水稻田大孔隙主要集中在0—20 cm深度內，而本文水稻田土壤染色部分在0—30 cm深度內，水分會沿著大孔隙快速向下入滲，因此土壤染色部分也可以看作土壤中孔隙的分布，本文水稻田土壤染色深度范圍大于上述學者研究結果，不同土壤類型的情況下，孔隙發育情況也會有所差距，但上述學者和本文對水稻田研究結果均顯示大孔隙主要分布范圍小于本文研究的玉米地和花生地的大孔隙分布范圍，說明水稻田發育優先流的潛力低于玉米地和花生地。

相對于平均總染色面積比描述了整體的水分運動，優先流比則能直觀的描述土壤染色區域中優先流發育所形成的染色占比[23]。陳曉冰等[6]對不同耕作方式甘蔗地優先流的研究得出，耕作的甘蔗地優先流比(82.89%)小于免耕甘蔗地(88.61%)，免耕甘蔗地優先流發育程度較高，而其免耕甘蔗地基質流深度和平均總染色面積比(2.13 cm，35.13%)均小于耕作甘蔗地(3.08 cm 35.72%)。本文研究得出玉米地的優先流比為71.59%，分別是花生地和水稻田的1.04倍和1.15倍，但玉米地的基質流深度和平均總染色面積比均大于花生地和水稻田，與陳曉冰等[6]得出的優先流比大的甘蔗地基質流深度和平均總染色面積比較小的結果不同，這主要是因為，優先流比是優先流部分染色面積與總染色面積的比值，當玉米地基質流深度和平均總染色面積比均大于花生地和水稻田時，則玉米地和花生地、水稻田的基質流深度與平均總染色面積比的比值不能確定大小，即優先流比可能大也可能小，這也說明僅靠優先流比和基質流深度、總染色面積比并不能完全的得出優先流發育程度大小的結論，需結合其他數據對其進行分析。

呂剛等[26]對海州露天煤礦復墾排土場種植不同植物的土壤的優先流研究顯示，總體趨勢上土壤染色面積比隨深度增加而減小，同時不同利用類型的土壤優先流染色面積比變化趨勢不同，其玉米地染色面積比最大值為44.36%，小于本文結果(98.38%)，而其玉米地最大染色面積出現在0—5 cm深度內，本文玉米地最大染色面積出現深度為0—1 cm。耕作會在一定程度上改變土壤的孔隙結構，而不同耕作方式也會改變土壤孔隙的數量與分布，又因為土層越深土壤受耕作和植物根系的影響越小，因此，最大染色面積比均出現在土壤表層，染色面積比隨深度變化明顯，而染色面積比的差異還說明不同土壤環境會改變土壤水分入滲能力。蔣小金[11]等對東北典型黑土耕地優先流現象研究的結果顯示，水分垂向運移受到阻礙時，開始側向入滲，此時染色面積比增大，土壤染色形態呈團塊狀。本文圖3顯示，玉米地在20—40 cm深度范圍出現波峰型變化和花生地出現的“S”型變化，這一深度染色面積比變化趨勢減緩，同時圖2中這一深度染色形態部分呈團塊狀分布，即在團塊狀染色形態處，水分運動出現了側向入滲現象。戴翠婷[27]等對三峽庫區不同利用類型紫色土壤優先流研究也發現這一現象，同時其研究結果顯示玉米地無明顯側向運移現象，這主要是本研究中的玉米地水分入滲在通過覆土層后受到阻礙，發生側向運移，部分水分則繼續向下入滲形成優先流。花生地和水稻田未出現明顯的側向運移現象，表現為土壤染色面積比隨深度變化趨勢線較為平滑，說明上下層土壤結構密度的改變會影響土壤水分入滲的方式。

潘網生等[28]研究認為分形維數可以用來評價濕潤鋒跡線。而張東旭等[23]對3種農地濕潤鋒跡線進行研究結果顯示，3種農地分形維數分別為1.33(南瓜地)，1.25(柑橘地)，1.23(玉米地)，同時南瓜地優先流發育程度最高，玉米地優先流發育程度最低。本文研究玉米地濕潤鋒跡線分形維數為1.34，大于上述學者所得結果，說明土壤環境對優先流發育的影響較大。而本文綜合染色形態特征和優先流參數特征分析結果顯示玉米地優先流發育程度最大，其次為花生地，水稻田優先流發育程度最小。這主要是因為玉米地在植物生長過程中，土壤在灌溉后經歷干濕循環，容易發育孔隙，因此水分入滲能力較強，基質流深度大。又由于孔隙數量多且分布范圍廣，優先流現象較為發育。而花生地植物植株覆蓋在土壤表面，減少水分散發，水稻田土壤水分長期處于過飽和狀態，孔隙發育相對玉米地較少，且水分的大面積入滲深度相對較小，即更快發生優先流的同時優先流的發育程度也相對較小。沃飛等[29]對太湖水稻土研究結果顯示，3種水稻土在0—30 cm深度發育優先流的能力最強，而本文水稻田平均最大染色深度為30.92 cm，這也間接說明本文水稻田染色主要集中在0—30 cm土層深度內，水分以優先流形式入滲深度小于玉米地和花生地，優先流發育程度相對最低。這一結果也說明了濕潤鋒跡線分形維數和優先流發育程度呈正相關關系。同時也表明，本文提出的染色形態的分形維數方法也可以表征優先流的發育程度，在一定程度上可以直接對土壤染色形態分形維數進行分析，以簡化分析過程。

4 結 論

(1) 桂北巖溶區玉米地優先流現象形成的染色形態由樹枝狀變為團塊狀再到樹枝狀，土壤在20—40 cm深度范圍存在較多側向孔隙通道；而花生地和水稻田染色形態均呈指狀，同時，花生地水分快速向下運移的過程中還伴有明顯的水分側向運移現象。

(2) 相同供水條件下，玉米地的平均基質流深度達5.55 cm，是花生地的1.46倍，優先流發生時間相對滯后。而水稻田的平均基質流深度僅為2.36 cm，最快發生優先流現象。

(3) 玉米地平均優先流比為71.59%，其次為花生地(68.58%)，水稻田(62.03%)最小；玉米地的濕潤鋒跡線分形維數為1.34，分別是花生地和水稻田的1.05倍和1.06倍，即玉米地優先流發育程度最高，其次為花生地，水稻田優先流發育程度相對最小。