用3種測定方法分析排土場復(fù)墾區(qū)的表層土壤的飽和導(dǎo)水率

李葉鑫， 呂 剛， 王道涵， 李朝輝， 宋 鴿, 杜昕鵬， 董 亮

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，123000，遼寧阜新；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，123000，遼寧阜新； 3.撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，113006，遼寧撫順；4.西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，400715，重慶)

土壤飽和導(dǎo)水率是土壤在飽和狀態(tài)下，單位時間內(nèi)通過單位面積的水量，反映了土壤入滲性能和導(dǎo)水能力[1-2]，其大小直接影響地表徑流量和土壤水分分布特征[3]。土壤飽和導(dǎo)水率受土壤密度及孔隙分布特征[4]、土壤質(zhì)地[5]、有機(jī)質(zhì)含量[6]、植被類型[7]等多個因素共同影響，具有較強(qiáng)的空間變異性[8]。目前，土壤飽和導(dǎo)水率的測定方法主要有室內(nèi)環(huán)刀法、雙環(huán)入滲法、Guelph入滲儀法、圓盤入滲儀法、Hood入滲儀等[9-11]。Hood入滲儀法是一種新型張力式滲透計(jì)，是通過負(fù)壓力來測定土壤飽和導(dǎo)水率，具有省時省力、不擾動土體、讀數(shù)相對準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，其測定結(jié)果最為接近土壤飽和導(dǎo)水率的實(shí)際值[12-13]。以往關(guān)于Hood入滲儀測定土壤飽和導(dǎo)水率的研究多集中在林地、草地、耕地等自然土壤。Schwarzel等[12]在分析圓盤入滲儀的測定原理及優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了Hood入滲儀法，該方法解決了圓盤入滲儀的測定弊端，測定結(jié)果更加接近土壤導(dǎo)水率的實(shí)際值。高朝俠等[14]利用Hood入滲儀研究黃土區(qū)不同土地利用方式下的土壤飽和導(dǎo)水率，認(rèn)為林地和草地的土壤飽和導(dǎo)水率大于耕地。覃淼等[15]對桂北地區(qū)不同土地利用類型的土壤飽和導(dǎo)水率進(jìn)行研究，結(jié)果卻表明農(nóng)田的土壤飽和導(dǎo)水率大于林地和草地；但未見該方法在排土場、棄渣場、棄石場等礦山工程擾動土的應(yīng)用。礦山工程擾動土是指以采礦業(yè)等產(chǎn)生的固體廢棄物為母質(zhì)，經(jīng)人工整理、改良促進(jìn)其風(fēng)化、熟化而成的一類土壤，其表層可能是土狀堆積物，也可能是石礫、石碴、石屑[16]，排土場就是一種典型的礦山工程擾動土，其形成與復(fù)墾的過程就是土壤重構(gòu)的過程。排土場土壤結(jié)構(gòu)經(jīng)過破壞-重構(gòu)以及表層嚴(yán)重壓實(shí)后，其土壤密度[17]、入滲特征[18]、土壤團(tuán)聚體[19]、土壤水文過程[20]均發(fā)生明顯改變，其中對排土場復(fù)墾區(qū)土壤水分運(yùn)動及其入滲能力影響最為顯著[17]。王洪丹等[21]研究結(jié)果表明排土場土壤密度、孔隙度和礫石含量存在不同程度的變異性。楊國敏等[22]指出排土場礫石含量高，大孔隙發(fā)達(dá)，容易發(fā)生優(yōu)先流形式入滲。呂剛等[23]研究了不同復(fù)墾方式條件下排土場飽和導(dǎo)水率特征，認(rèn)為一定程度上排土場水分條件決定土地生產(chǎn)力水平。可見，排土場土壤水分運(yùn)動具有較強(qiáng)的空間變異性，研究排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率不僅能夠深入認(rèn)識其土壤水文過程，也可為后期研究排土場深層土壤導(dǎo)水能力、土壤水分有效利用提供數(shù)據(jù)支撐。

基于此，作者以海州露天煤礦排土場3種復(fù)墾植被類型表層土壤為研究對象，分析其土壤理化性質(zhì)及其對飽和導(dǎo)水率的影響，評價不同植被類型土壤導(dǎo)水能力，對比分析室內(nèi)環(huán)刀法、雙環(huán)入滲儀、Hood入滲儀測定結(jié)果的差異性，探尋排土場土壤飽和導(dǎo)水率最優(yōu)測定方法，以期為進(jìn)一步研究排土場土壤水分運(yùn)動規(guī)律及水分滲漏特征提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省阜新市海州露天煤礦排土場，總面積約為13 km2。排土場呈階梯狀，邊坡坡度為35°～45°。研究區(qū)年均降水量511.4 mm，主要集中在6—8月，占全年73.25%，年蒸發(fā)量1 790 mm，年均氣溫7.3 ℃，≥10 ℃積溫3 476 ℃，年均風(fēng)速3 m/s，無霜期154 d，主要土壤類型為典型褐土。2004年，由國土資源部投資對該排土場開展土地復(fù)墾工作。在復(fù)墾前期，利用大型采礦復(fù)墾機(jī)械進(jìn)行搬運(yùn)、平整、壓實(shí)工作，使“人造場地”恢復(fù)成較合理的地形地貌；之后再進(jìn)行客土回填工程，客土來源于附近南瓦村一荒草地，土壤類型為褐土，覆土厚度為30 cm，以此建立有利于植物生長的表層和生根層，為后期生物復(fù)墾奠定基礎(chǔ)。復(fù)墾土地規(guī)模為998.17 hm2，具有喬灌草、灌草、喬木、灌木、牧草、農(nóng)田等多種復(fù)墾模式，復(fù)墾樹種為刺槐(Robiniapseudoacacia)、榆樹(Ulmuspumila)、油松(Pinustabulaeformis)、刺槐和榆樹混交、紫穗槐(Amorphafruticosa)、火炬樹(Rhustyphina)、檸條(Caraganakorshinskii)等，排土場內(nèi)沒有灌溉系統(tǒng)，全部水分均來自天然降水。

2 材料與方法

2.1 樣地布設(shè)與土壤樣品采集

在綜合考慮排土場排棄工藝、地形地貌、植被恢復(fù)狀況等多個因素前提下，于2017年7—8月在排土場復(fù)墾區(qū)(復(fù)墾年限為13年)選取相鄰但相互之間無影響的3種復(fù)墾植被類型(刺槐林地、榆樹林地和荒草地)作為研究對象，以荒草地為研究對照，研究排土場復(fù)墾區(qū)不同植被類型土壤飽和導(dǎo)水率及其影響因素。在不同復(fù)墾植被下布設(shè)1個20 m×20 m樣方，在每個樣方內(nèi)選取3個試驗(yàn)點(diǎn)，各試驗(yàn)點(diǎn)間呈品字形分布，每個試驗(yàn)點(diǎn)下采集0～10 cm土層土壤樣品，以分析排土場表層土壤理化性質(zhì)。土壤含水率采用烘干法(105 ℃)測定，土壤密度和孔隙度采用環(huán)刀法測定，礫石(>2 mm)體積含量采用水洗法和排水法測定，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤機(jī)械組成采用吸管法測定(按照國際制土壤分級標(biāo)準(zhǔn)劃分，砂粒2.000～0.020 mm，粉粒0.020～0.002 mm，黏粒<0.002 mm)。每個指標(biāo)均為3個重復(fù)。試驗(yàn)點(diǎn)基本情況見表1。

2.2 土壤飽和導(dǎo)水率測定

排土場不同復(fù)墾植被土壤飽和導(dǎo)水率分別采用Hood入滲儀、室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法測定，每種方法每個試驗(yàn)點(diǎn)3個重復(fù)，共計(jì)27場試驗(yàn)，記錄每次試驗(yàn)水溫。Hood入滲儀為德國UGT公司生產(chǎn)的Hood IL-2700型入滲儀(圖1)，由Hood水罩(半徑為8.8 cm或12.4 cm)、U形管壓力計(jì)、導(dǎo)水管路、儲水管等組成。導(dǎo)水壓力由Hood里的馬氏瓶供水系統(tǒng)提供，有效的壓力可以從零到負(fù)壓直至土壤氣泡點(diǎn)(空氣入滲點(diǎn))間自由選擇。與單環(huán)和雙環(huán)入滲相比，Hood入滲儀無需處理土壤表面，最大程度地降低了擾動作用對水分入滲的影響。具體實(shí)驗(yàn)操作為：在每個試驗(yàn)點(diǎn)選擇地勢平坦的地方，將鋼圈(半徑為8.8 cm的小鋼圈，有效入滲面積為242 cm2)壓入土壤一部分，在鋼圈中心處放置水罩，在水罩和鋼圈之間用直徑小于2 mm的飽和細(xì)沙密封；向U型管內(nèi)注水至零刻度，注意不要進(jìn)氣泡，如果有氣泡，將水倒出，重新注水；關(guān)閉所有閥門并連接管路，先給內(nèi)管注水，再給外管注水，注意外管水面要略低于內(nèi)管水面；調(diào)節(jié)水罩中間的水柱高度和U形管的液面差，所形成的壓力差即為試驗(yàn)的壓力值，至此準(zhǔn)備試驗(yàn)全部完成。計(jì)時后，每隔一定時間(1 min)記錄一次液面下降高度，直到數(shù)據(jù)穩(wěn)定為止。

表1 各樣地基本概況Tab.1 Basic situation of the plots

注：表中“—”表示無數(shù)據(jù)。Notes: “—” indicates that no data is available。

1.外環(huán) 2.水罩 3.溢流室 4.立管 5.入滲容器 6.內(nèi)管 7.外管 8.U型管 9,10,11.軟管 12.三腳架 V1,V2,V3.閥門 Us.U型管內(nèi)的水壓差 K.止水夾 P.吸氣口 Hs.立管初始水頭高 Z.入滲容器水頭高 I.內(nèi)管上口高度 B.馬氏瓶入滲高度 T.儲水高度 HK.內(nèi)管下口距地面高度。1. Outer ring. 2. Water shield. 3. Overflow chamber. 4. Riser. 5. Infiltration container. 6. Inner tube. 7. Outer tube. 8. U-tube. 9, 10, 11. Hose. 12. Tripod.. V1, V2, V3: Valve. Us: Water pressure difference in U-tube. K: Water stop clip. P: Suction port. Hs: Initial head height in riser. Z: Water head high in infiltration container. I: Upper mouth height of inner tube. B: Infiltration height of markov bottle. T: Water storage height. HK: Lower mouth height of inner tube from the ground.圖1 Hood入滲儀Fig.1 Hood infiltrometer

2.3 飽和導(dǎo)水率計(jì)算與數(shù)據(jù)處理

1)室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法。

室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法的飽和導(dǎo)水率按下式[9]計(jì)算：

(1)

式中：Kt為t/ ℃時的飽和導(dǎo)水率，mm/min；Rs為穩(wěn)定入滲率，mm/min；H為水頭高，cm，本次試驗(yàn)為5 cm；C1和C2為量綱一經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，分別為0.316π和0.184π；L為環(huán)刀打入土壤深度，cm，本次試驗(yàn)室內(nèi)環(huán)刀法為5 cm，雙環(huán)入滲法為10 cm；D1為環(huán)刀內(nèi)徑，cm，本次試驗(yàn)室內(nèi)環(huán)刀法為5 cm，雙環(huán)入滲法為10 cm；α為常量，0.2 cm-1。

2)Hood入滲儀。

Wooding[24]1968年建立了圓形區(qū)域入滲(半徑為a)到無限遠(yuǎn)土壤內(nèi)部的穩(wěn)定流量

(2)

式中：Q為穩(wěn)定流量，cm3/min；a為圓形入滲面的半徑，cm；k為導(dǎo)水率，mm/min，是土壤或其他介質(zhì)中水勢的函數(shù)，即k=Kteαψ，式中α為系數(shù)，cm-1；ψ為張力，cm。

通過實(shí)驗(yàn)可以測得α，入滲測量由不同的ψ獲得。測量時可以使用任意不同的ψ進(jìn)行，最大到土壤氣泡點(diǎn)(半徑a)，選擇2個鄰近值(h1，h2)，則有：

(3)

(4)

式(3)和式(4)相除可得

(5)

進(jìn)而得到導(dǎo)水率計(jì)算公式：

(6)

(7)

3)飽和導(dǎo)水率換算。

土壤水運(yùn)動與溫度關(guān)系密切，為對比分析將其他溫度下測定的飽和導(dǎo)水率換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度(10 ℃)下飽和導(dǎo)水率，計(jì)算公式[25]如下：

(8)

式中：Ks為10 ℃的飽和導(dǎo)水率，mm/min；Kt為t/℃的飽和導(dǎo)水率，mm/min。

4)土壤飽和導(dǎo)水率評價。

采用層次分析法評價排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率，步驟為：首先篩選評價指標(biāo)，采用相關(guān)系數(shù)法確定各個指標(biāo)之間的相關(guān)性及各指標(biāo)權(quán)重[26]，計(jì)算單項(xiàng)評價指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，然后求某評價指標(biāo)之間相關(guān)系數(shù)的平均值，并以該平均值占所有評價指標(biāo)相關(guān)系數(shù)平均值總和的比作為該單項(xiàng)評價指標(biāo)的權(quán)重Wi；再對各個指標(biāo)進(jìn)行量綱一化，將量綱一化系數(shù)Ni與權(quán)重Wi相乘，求和后計(jì)算土壤飽和導(dǎo)水率綜合指數(shù)SHC，并對綜合指數(shù)進(jìn)行排序確定綜合排序。量綱一系數(shù)Ni和土壤飽和導(dǎo)水率綜合指數(shù)SHC計(jì)算公式如下：

(9)

(10)

式中：Ni為指標(biāo)i量綱一系數(shù)；Qij為3個樣地中第j個樣地指標(biāo)i的數(shù)值；Qimax為3個樣地中指標(biāo)i的最大值；Qimin為3個樣地中指標(biāo)i的最小值；SHC為土壤質(zhì)量綜合指數(shù)；Wi為各指標(biāo)權(quán)重；n為指標(biāo)個數(shù)，n=9。

土壤飽和導(dǎo)水率差異性采用SPSS 17.0單因素方差分析(one-way ANOVA)，指標(biāo)之間的相關(guān)性、權(quán)重和土壤飽和導(dǎo)水率綜合指數(shù)采用Microsoft Excel 2003計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤理化性質(zhì)分析

排土場不同復(fù)墾措施會改善土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而影響飽和導(dǎo)水率。由表2可以看出，排土場不同復(fù)墾措施土壤含水比例為13.51%～15.48%，各樣地之間無差異；土壤密度大小依次為刺槐林地>荒草地>榆樹林地，刺槐林地、榆樹林地和荒草地礫石比例分別為52.39%、47.52%和54.03%，礫石含量較高，說明排土場經(jīng)過多年的風(fēng)化和植被恢復(fù)，仍然存在較多的礫石。榆樹林地土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.05 g/kg，其次為刺槐林地，荒草地僅為6.17 g/kg。各樣地的砂粒和粉粒的含量高于粘粒含量，其中砂粒比例在36.80%～41.43%之間，粉粒比例在48.87%～54.27%之間，黏粒比例在8.30%～9.70%之間，由國際制土壤分級標(biāo)準(zhǔn)可知，該土壤類型為粉砂質(zhì)土壤。

表2 各樣地土壤物理性質(zhì)Tab.2 Soil physical properties of the plots

3.2 土壤飽和導(dǎo)水率特征

表層土壤飽和導(dǎo)水率直接影響土壤入滲能力及水分再分布，進(jìn)而影響排土場地表徑流量及土壤侵蝕過程，同時也決定深層土壤水分的動態(tài)變化特征[3]。由圖2可知，刺槐林地、榆樹林地和荒草地土壤飽和導(dǎo)水率(不同測定方法的平均值)依次為0.77、0.54和0.48 mm/min，刺槐林地、榆樹林地和荒草地之間無顯著差異(P>0.05)，刺槐林地土壤飽和導(dǎo)水率是榆樹林地和荒草地的1.43倍和1.60倍，說明刺槐林地具有較強(qiáng)的導(dǎo)水能力，這與刺槐林地良好的土壤結(jié)構(gòu)以及較高的礫石含量有關(guān)。

不同小寫字母表示不同樣地之間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示不同測定方法之間差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences between different plots (P<0.05), and different capital letters indicate significant differences between different measurement methods (P<0.05).圖2 排土場土壤飽和導(dǎo)水率Fig.2 Soil saturated hydraulic conductivity of the dump

對比分析不同測定方法條件下土壤飽和導(dǎo)水率可知，各個樣地均表現(xiàn)為Hood入滲儀<雙環(huán)入滲法<室內(nèi)環(huán)刀法，其中刺槐林地土壤飽和導(dǎo)水率依次為0.44、0.89和0.99 mm/min，榆樹林地依次為0.36、0.37和0.88 mm/min，荒草地則為0.34、0.53和0.57 mm/min。Hood入滲儀測定土壤飽和導(dǎo)水率不會擾動土體，最大程度地降低擾動作用對水分入滲的影響，其測定結(jié)果更加接近實(shí)際導(dǎo)水率。刺槐林地、榆樹林地、荒草地土壤飽和導(dǎo)水率大小依次為0.44、0.36和0.34 mm/min，表現(xiàn)為刺槐林地大于榆樹林地和荒草地。室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法的測定結(jié)果要高于Hood入滲儀法，且同一樣地2種方法測定結(jié)果的最大值和最小值相差2.06倍和1.79倍，不僅增加了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散程度，也表明該方法由于自身原因而具有較大的測量誤差，丁文峰等[27]也認(rèn)為雙環(huán)入滲法測定結(jié)果的誤差較大，最大值是最小值的13倍。

為分析排土場植被恢復(fù)年限對土壤導(dǎo)水性能的影響，利用呂剛等[23]在2012年采用室內(nèi)環(huán)刀定水頭法測定該排土場榆樹林地土壤導(dǎo)水率的研究結(jié)果，將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(α=0.05)，對比分析土壤飽和導(dǎo)水率隨復(fù)墾年限增加(8年與13年)的變化特征。表3為排土場不同復(fù)墾年限榆樹林地土壤飽和導(dǎo)水率t檢驗(yàn)結(jié)果。由表3可知，本研究榆樹林地土壤飽和導(dǎo)水率為0.881 mm/min，呂剛等[23]研究結(jié)果為0.153 mm/min，兩者具有顯著差異性(P<0.05)，說明隨著復(fù)墾年限的增長，土壤飽和導(dǎo)水率顯著提高，其增加幅度可達(dá)474.57%，表明植被恢復(fù)能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，顯著提高排土場土壤導(dǎo)水能力。

表3 排土場不同復(fù)墾年限榆樹林地土壤飽和導(dǎo)水率t檢驗(yàn)Tab.3 t test of soil saturated hydraulic conductivity in Ulmus pumila forest land with different reclamation years of dump

注：表中空格為無此數(shù)據(jù)。Notes: The blank in the table refers to no data available.

3.3 土壤飽和導(dǎo)水率影響因素分析

本研究選取土壤含水率(X1)、土壤密度(X2)、毛管孔隙度(X3)、非毛管孔隙度(X4)、礫石含量(X5)、土壤有機(jī)質(zhì)(X6)、砂粒含量(X7)、粉粒含量(X8)、黏粒含量(X9)與土壤飽和導(dǎo)水率(Y)(Hood入滲儀測定值)做相關(guān)分析，結(jié)果見表4?？梢钥闯?，土壤飽和導(dǎo)水率與土壤密度、礫石含量、粉粒含量、黏粒含量呈顯著或極顯著相關(guān)，其中土壤飽和導(dǎo)水率與礫石含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與粉粒含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與土壤密度和黏粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

表4 土壤飽和導(dǎo)水率與土壤物理性質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis between soil saturated hydraulic conductivity and soil physical properties

注：*表示在0.05水平下顯著相關(guān)(雙側(cè))；**表示在0.01水平下顯著相關(guān)(雙側(cè))。Notes: * Significant correlation at 0.05 level (bilateral); ** Significant correlation at 0.01 level (bilateral).Yrefers to soil saturated hydraulic conductivity.X1refers to soil water content.X2refers to soil bulk density.X3refers to capillary porosity.X4refers to non-capillary porosity.X5refers to gravel content.X6refers to soil organic matter.X7refers to sand content.X8refers to silt content.X9refers to clay content. The same below.

相關(guān)分析的結(jié)果僅能說明土壤飽和導(dǎo)水率與土壤物理性質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，不能反映出兩者之間的實(shí)際關(guān)系；因此，再對上述指標(biāo)進(jìn)行多元逐步回歸分析，構(gòu)建排土場飽和導(dǎo)水率方程，為Y=0.03X5-1.19(R2=0.801，F(xiàn)=28.237，Sig.<0.001)。由方差分析可知，該方程達(dá)到極顯著水平，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明礫石含量是影響排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率的主要因子。

3.4 土壤飽和導(dǎo)水率評價

選取上述影響指標(biāo)作為評價指標(biāo)，各評價指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)及其權(quán)重見表4和表5。

表5 各評價指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)平均值和權(quán)重系數(shù)Tab.5 Average correlation coefficient and weight value of each evaluation index

由表6可知，排土場各個樣地土壤導(dǎo)水性能大小依次為榆樹林地>刺槐林地>荒草地，其綜合指數(shù)分別為0.523、0.501、0.488，即排土場榆樹林地導(dǎo)水能力最強(qiáng)，刺槐林地次之，荒草地最差，但相互之間無顯著差異(P>0.05)。說明通過采取適當(dāng)?shù)闹脖换謴?fù)措施，能夠有效地提高排土場表層土壤導(dǎo)水能力。

表6 排土場土壤導(dǎo)水性能綜合評價Tab.6 Comprehensive evaluation of soil water conductivity in the dump

4 討論

筆者采用3種方法測定排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率，室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法均利用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算獲取，而Hood入滲儀法為實(shí)測數(shù)據(jù)[9]。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法與Hood入滲儀計(jì)算結(jié)果的相對誤差，具體結(jié)果見表7。室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法的計(jì)算結(jié)果均顯著大于Hood入滲儀法(P<0.05)，其相對誤差分別為67.65%～144.44%和2.78%～102.27%，其中Hood入滲儀測定的土壤飽和導(dǎo)水率為0.38 mm/min，其數(shù)值與呂春娟等[28]關(guān)于排土場滲透系數(shù)的研究結(jié)果最為接近。從本研究上看，Hood入滲儀法測定結(jié)果離散程度和誤差較小，且不需要擾動土體，也不存在水頭壓力，更符合土壤水分入滲的實(shí)際過程，適用于排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率的測定。

表7 不同測定方法計(jì)算的排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率及相對誤差Tab.7 Saturated hydraulic conductivity and relative error of surface soil by different measuring methods

注：小寫字母表示測定方法之間差異顯著(P<0.05)。Notes: Different lowercase letters indicate significant differences between different methods (P<0.05).

室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法的測定結(jié)果偏大的原因是：排土場礫石含量較高，其存在的位置及體積也會加大室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法的采樣難度和試驗(yàn)難度，且砸入環(huán)刀所產(chǎn)生的震動能量會破壞擾動土壤結(jié)構(gòu)，加大土體內(nèi)部的松散程度，在土壤樣品與環(huán)刀內(nèi)壁之間產(chǎn)生縫隙，形成土壤水分快速運(yùn)動的優(yōu)先路徑，雷廷武等[29]認(rèn)為優(yōu)先流的形成是導(dǎo)致該方法入滲結(jié)果偏高的主要原因之一；同時，室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法均為一維入滲，水頭高能夠增加土壤入滲能力(本試驗(yàn)為5 cm)，更是土壤一維有壓入滲的主導(dǎo)驅(qū)動力[30]。因此，室內(nèi)環(huán)刀法和雙環(huán)入滲法由于其自身試驗(yàn)缺點(diǎn)及打擊環(huán)刀產(chǎn)生的震動作用，并不適用于排土場這類結(jié)構(gòu)松散、礫石含量較高的土壤類型。然而，Hood入滲儀只能獲取土壤飽和導(dǎo)水率，卻不能揭示土壤水分的入滲過程，且存在稍有側(cè)滲、入滲面積較小、代表性較差等不足，在后期研究中可加大試驗(yàn)點(diǎn)個數(shù)，基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS軟件等手段研究排土場復(fù)墾區(qū)不同植被類型表層土壤飽和導(dǎo)水率的空間分布及變異特征，并分析排土場土壤飽和導(dǎo)水率隨土層深度的變化規(guī)律，揭示排土場水分滲漏特征。

5 結(jié)論

1)排土場土壤密度和礫石含量偏高，土壤有機(jī)質(zhì)含量較低。各樣地土壤飽和導(dǎo)水率在0.48～0.77 mm/min之間，刺槐林地是榆樹林地和荒草地的1.43倍和1.60倍；3種測定方法的結(jié)果均表現(xiàn)為Hood入滲儀<雙環(huán)入滲法<室內(nèi)環(huán)刀法，Hood入滲儀法測定結(jié)果的離散程度和誤差最小，更適合用于測定排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率。

2)排土場表層土壤飽和導(dǎo)水率與礫石含量和粉粒含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤密度和粘粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其方程表達(dá)式為Y=0.03X5-1.19。排土場榆樹林地導(dǎo)水能力最強(qiáng)，刺槐林地次之，荒草地最差。