干热河谷区典型林草地土壤优先流特征及其形成机理研究

Soil preferential flow characteristics and formation mechanism is hot research topic at home and abroad, the dry-hot valley area attracted much attention because of the unique natural geographical environment characteristics, it is worthwhile to explore their effects on soil preferential flow. This project take the typical natural vegetation sparse shrub meadow soil in yuanmou dry-hot valleys of jinsha river as the research object, through the study on soil preferential flow characteristics and driving factors, propose the key to solve two problems: (1) the spatio-temporal variation rules of typical vegetation soil preferential flow characteristics in the dry-hot valleys area has to be proven, and quantify the amount and location of the preferential flow path;(2) identify the main factors that affect the soil priority flow characteristics and reveal the formation mechanism in the dry-hot valley area. This project through the field monitoring and the indoor analysis experiment, using time-lapse resistivity tomography and dyeing tracer image analytic method, on the basis of typical vegetation soil preferential flow area and distribution law at dry and wet season, identify the number and distribution pattern of the preferential flow path in the dry-hot valley area accurately, clarify and identify the key influence factor of the preferential flow and morphological changes, and reveal the soil preferential flow characteristics and formation mechanism in the dry-hot valleys systemic. The results can provide a theoretical basis for the study of soil water and solute transport in the dry-hot valley area, and provide scientific basis for water resources management in this area and other similar areas.

土壤优先流形态特征及形成机理是目前国内外研究热点，干热河谷区因独特的自然地理环境特点受到广泛关注，其对土壤优先流的影响值得探讨。本项目以金沙江元谋干热河谷典型自然植被稀树灌木草地土壤为研究对象，通过开展土壤优先流特征及其驱动因子研究，拟重点解决两个科学问题：（1）探明干热河谷区典型林草植被下土壤优先流形态特征的时空变化规律，明确优先路径的位置与数量；（2）识别影响干热河谷区土壤优先流特征的主要因子并揭示形成机理。本项目通过野外监测和室内分析实验，采用延时电阻率层析成像和染色示踪图像解析法，在探明干热河谷区干、湿季典型植被土壤优先流发生区域及分布规律的基础上，准确判别优先路径的数量和分布格局，厘清并识别影响优先流发生及形态特征变化的关键因子，系统揭示干热河谷土壤优先流特征及形成机理。研究结果可为干热河谷区土壤水分及溶质运移研究提供理论基础，同时为本区及其他类似地区的水资源管理提供科学依据。

为揭示干热河谷地区典型地类土壤优先流特征及其形成机理，本研究以金沙江干热河谷元谋县苴那小流域典型地类银合欢人工林地和扭黄茅荒草地为研究对象，基于染色示踪法并结合PhotoShop CS5和Image-Pro Plus 6.0图像处理技术分析了2种地类土壤优先流形态特征和优先路径空间分布特征，并探究了不同环境因子对优先流的影响，为干热河谷区的水资源管理和植被建设提供理论基础。.主要研究结果如下：.（1）土壤竖直剖面上，林地土壤优先流在土壤中的运移深度均达50cm以上，总染色面积比分布范围为53.69%~64.11%。而荒草地染色溶液运移深度均为45cm以上，分布范围为49.51%~69.33%。水平剖面上，优先流的分布特征均随着土壤深度的增加而逐渐减少，林地各样地剖面的优先流分布具有随机性，整体呈片状分布。荒草地水平剖面的染色分布较均匀，无明显的侧流现象；2种地类土壤染色面积比均随土壤深度的增加而逐渐减少。.（2）同一土壤深度上不同半径范围的土壤优先路径数量从大到小依次均为（∞，1mm]，（1，2.5mm]，（2.5，5mm]，（5，10mm]，（10mm，∞）。其中，（∞，1mm]和（1，2.5mm]径级内的优先路径数量最多，且远大于（5，10mm]和（10mm，∞）径级内的数量。不同径级的优先路径在土壤中的分布具有不均匀性，连通性最好的径级均为（∞，1mm]和（1，2.5mm]，连通性最差的径级为（5，10mm]，（10mm，∞）。.（3）形成机理的探究发现：植被根系d≤1mm，1＜d≤3mm，3＜d≤5mm径级内的根长密度和根重密度均与染色面积比具有显著的相关性，染色面积比与根孔数量均具有极显著的相关性。林地优先流染色面积比与石砾直径为2~5mm、5~10mm、10~20mm、20~30mm的石砾含量均存在相关性，其中与10~20mm径级的最显著，而荒草地仅和2~5mm、5~10mm径级的石砾体积含量相关，其中5~10mm径级影响最显著。影响优先流形成的2个主要因素为土壤孔隙结构和土壤类型，贡献率分别为81.18%和13.64%，其中影响最大的因子是土壤孔隙度，其次是植物根系和土壤有机质含量。