土壤优先流研究概述

姚光兴 杨倩 吴元芝

（临沂大学资源环境学院，山东省水土保持与环境保育重点实验室，山东 临沂 276005）

一、优先流研究方法

优先流作为一种土壤水分运动过程，虽然常见，但是难于监测，需要借助现代科学技术手段，才能有效完成定性和定量分析。目前学者们采用的方法主要有：土壤水分穿透法、张力渗透仪法、染色 示踪法和CT扫描法等，当然还有MRI 技术、伽马射线、地下雷达探测、声波探测技术、电阻率层析成像法等[10]，这些方法各有优劣。其中，染色示踪法因能对优先流流经区域给以清晰且直观地反映而成为国内外学者最常用的方法[10]。亮蓝和碘淀粉是常用的染色剂，而亮蓝是一种直接显色剂，它因水溶性高、易染色、成本低、易于观察等优点，得到了较为广泛的应用，如陈晓冰等利用亮蓝染色示踪法对三峡库区紫色砂岩区不同水分条件下农地优先流发育状况进行了分析[11]；吴庆华等利用染色示踪法对原状和扰动土柱优先流发育状况进行了对比分析[12]。目前，结合图像处理技术，染色示踪法在优先流定量研究方面得到了越来越多的应用。

二、影响优先流发育的因素

优先流的表现形式有很多，最主要的是大孔隙流、指流和漏斗流[13]。影响林地优先流的因素包括：生物因素、土壤前期水分条件及其他物理性质、降雨强度、干湿和冻融交替等[10]。生物因素是优先流路径形成的重要因素，特别是植物根系对土壤优先流形成具有重要作用，[14-16]。张英虎等[17]研究发现不同根径的根系对优先流的贡献度不同，<1 mm细根对优先流形成影响最明显。王赵男[18]等研究长白山系榛子林灌木林的优先流得出类似的结果。作为土壤水文过程表现形式之一的优先流过程必然受到土壤质地和结构的影响。不同质地土壤中优先流形式不同，粉砂和粘质土壤中易出现大孔隙流[2]，而砂质或细粒驱水性土壤中易出现非饱和重力流和指流[19，20]，砂土中常发生漏斗流[21]。程竹华等研究了黄淮海平原淤土、砂壤土、风沙土三种类型土壤中的优先流现象，结果显示发育程度更好的土壤更易形成优先流[8]。土壤中砾石的存在改变土壤容重、孔隙度等从而影响优先流产生，且研究表明砾石含量高的土壤优先流发育较活跃，优先流路径分化程度好[22，23]。再者，土壤的初始含水量也会影响优先流的产生，张欣等研究发现前期较干旱的土壤优先流现象更加明显，土壤前期含水量较高时优先流主要发生在土壤A层和B层的20-30 cm土层深度处，而前期含水量低时优先流在A层、B层和C层均有发生，且优先流渗透速度更大，平均染色面积较大[24]；而陈晓冰等利用5个优先流特征指标分析不同水分条件下农地优先流发育特征均表明湿润条件的优先流程度高[11]。而程竹华等研究表明在风沙土和砂壤土中前期含水量越高，优先流发育越明显，而黏土中土壤含水量对优先流发育的影响不明显[8]。因此前期含水量对优先流发育的影响尚无定论，这可能与土壤性质差异有关。对淋溶褐土与潮土优先流研究发现，两种土壤优先流染色特征差异主要取决于土壤质地、土壤有机质和直径为1-3mm的根长密度[6]。另有研究表明总染色面积比和优先流长度指数与入渗水量呈显著正相关[25]。然而坡面不同位置弱发育土壤的A、C层厚度及砾石含量等均在变化，而这些变化对优先流的影响的研究较少。

三、结束语

综上所述，土壤优先流的发育会受到植物、土壤、气象等条件的影响，不同土壤中优先流发育的机制不一致，但目前的研究仍然不足，主要体现在以下三个方面：

第一，优先流发育受各种因素的影响，具有区域性强的特点，而目前研究主要集中与西南紫色土区、北方土石山区和黄土高原地区，薄弱地区的研究需要进一步加强，以便进一步明确优先流发育机理。

第二，优先流携带养分运移的研究较少，需要进一步加强，以便解析非点源污染机理。

第三，优先流研究还需要借助更加先进的技术，提高研究的精度和研究的效率。