土壤優先流研究概述

姚光興 楊倩 吳元芝

（臨沂大學資源環境學院，山東省水土保持與環境保育重點實驗室，山東 臨沂 276005）

一、優先流研究方法

優先流作為一種土壤水分運動過程，雖然常見，但是難于監測，需要借助現代科學技術手段，才能有效完成定性和定量分析。目前學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，當然還有MRI 技術、伽馬射線、地下雷達探測、聲波探測技術、電阻率層析成像法等[10]，這些方法各有優劣。其中，染色示蹤法因能對優先流流經區域給以清晰且直觀地反映而成為國內外學者最常用的方法[10]。亮藍和碘淀粉是常用的染色劑，而亮藍是一種直接顯色劑，它因水溶性高、易染色、成本低、易于觀察等優點，得到了較為廣泛的應用，如陳曉冰等利用亮藍染色示蹤法對三峽庫區紫色砂巖區不同水分條件下農地優先流發育狀況進行了分析[11]；吳慶華等利用染色示蹤法對原狀和擾動土柱優先流發育狀況進行了對比分析[12]。目前，結合圖像處理技術，染色示蹤法在優先流定量研究方面得到了越來越多的應用。

二、影響優先流發育的因素

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

三、結束語

綜上所述，土壤優先流的發育會受到植物、土壤、氣象等條件的影響，不同土壤中優先流發育的機制不一致，但目前的研究仍然不足，主要體現在以下三個方面：

第一，優先流發育受各種因素的影響，具有區域性強的特點，而目前研究主要集中與西南紫色土區、北方土石山區和黃土高原地區，薄弱地區的研究需要進一步加強，以便進一步明確優先流發育機理。

第二，優先流攜帶養分運移的研究較少，需要進一步加強，以便解析非點源污染機理。

第三，優先流研究還需要借助更加先進的技術，提高研究的精度和研究的效率。