設(shè)施土壤優(yōu)先流特征及其影響因素研究

劉蕾，王鶴雄，張國(guó)印*，郜靜，李玭，趙歐亞

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所/河北省肥料技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050051；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河北有限公司，河北 石家莊 050035）

優(yōu)先流是在土壤各向異性的情況下，在眾多外部因素的共同作用下，沿著特定路徑向下發(fā)生非穩(wěn)定性滲流的現(xiàn)象[1]。優(yōu)先流的發(fā)生可以延遲地表徑流峰值，有利于水資源的保護(hù)和調(diào)控；但也是造成滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的主要原因之一，特別是其造成的地下水污染以及農(nóng)田土壤養(yǎng)分流失等現(xiàn)象對(duì)人類產(chǎn)生的嚴(yán)重威脅，已經(jīng)引起世界各國(guó)的關(guān)注。因此，深入開展優(yōu)先流的研究工作顯得尤為重要。

隨著科技進(jìn)步，優(yōu)先流的原位研究技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，目前常用的方法主要有染色示蹤技術(shù)、非侵入式影像獲得技術(shù)（CT、MRI、伽馬射線等）、地下雷達(dá)探測(cè)、聲波探測(cè)技術(shù)、電阻率層析成像法等[1]。其中，染色示蹤技術(shù)簡(jiǎn)單易行、成本低廉，且結(jié)果較為準(zhǔn)確，是目前國(guó)際上采用較普遍與成功的方法之一。特別是配合計(jì)算機(jī)圖像解譯技術(shù)，為優(yōu)先流路徑的定義和劃分提供了更為形象且準(zhǔn)確的方法，目前得到了廣泛應(yīng)用[2-6]。

近年來我國(guó)在優(yōu)先流分布特征及影響因素研究方面逐漸完善，但存在著研究對(duì)象相對(duì)單一的問題。現(xiàn)有研究多集中在林地、草地等自然生態(tài)系統(tǒng)[6～-9]，涉及到農(nóng)田的研究甚少[5，10]，而對(duì)于養(yǎng)分、水分、農(nóng)藥等投入更為集中、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更大的設(shè)施生產(chǎn)體系卻未見任何報(bào)道。本研究針對(duì)設(shè)施土壤，采用原位亮藍(lán)染色示蹤法，結(jié)合圖像分析技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，研究設(shè)施蔬菜生產(chǎn)條件和棚外糧田條件對(duì)土壤優(yōu)先流發(fā)生及分布特征的影響，并進(jìn)一步探索環(huán)境因素的作用機(jī)理，以期揭示不同土地利用方式下土壤優(yōu)先流運(yùn)移規(guī)律及驅(qū)動(dòng)因子，為設(shè)施土壤優(yōu)先流模擬及其引起的面源污染防控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年6月在河北衡水國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)饒陽縣大尹村鎮(zhèn)南北巖村（地理位置東經(jīng)115°50′82″、北緯38°16′14″）進(jìn)行。饒陽縣設(shè)施蔬菜經(jīng)過30多年的發(fā)展，種植規(guī)模達(dá)2.27萬hm2，居全省第1位。研究區(qū)地屬冀中平原黑龍港流域，地貌類型為滹沱河洪積平原，南北巖村設(shè)施大棚建在廢棄的河床上，土壤類型為潮土，質(zhì)地為砂壤，地下水埋深3～7 m；年平均氣溫12.2℃，降水量552.6 mm，屬溫帶大陸季風(fēng)氣候。該區(qū)典型的農(nóng)業(yè)種植模式為番茄與甜瓜輪作（番茄/甜瓜），其中，秋冬茬為番茄，平均產(chǎn)量67 500～90 000 kg/km2；冬春茬為甜瓜，平均產(chǎn)量約75 000 kg/km2。選擇連續(xù)種植超過10 a的溫室大棚樣地及其緊鄰的棚外露天樣地進(jìn)行試驗(yàn)，棚內(nèi)作物為甜瓜（已拉秧），棚外作物為玉米（剛出苗），大棚內(nèi)外的土壤基本理化性狀不同（表1）。

表1 樣地土壤的基本理化性狀Table 1 Soil basic physical and chemical properties of tested plots

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 染色示蹤試驗(yàn) 在大棚內(nèi)、外各選取3個(gè)重復(fù)的1.0 m（長(zhǎng)）×1.0 m（寬）小區(qū)，相距大于2 m但小于4 m，以免在樣地預(yù)處理中造成影響；清理枯枝落葉及雜物后，將1.0 m（長(zhǎng)）×1.0 m（寬）×0.6 m（高）的金屬框砸入樣地，砸入深度40 cm，將框體周圍土壤壓實(shí)，確保染色液不會(huì)集中沿框壁下滲而影響結(jié)果。

染色示蹤試驗(yàn)選用無毒且易溶于水的亮藍(lán)溶液進(jìn)行，不會(huì)對(duì)土壤造成污染。將配置好的4 g/L亮藍(lán)溶液100 L緩慢倒入小區(qū)內(nèi)，模擬棚內(nèi)外常規(guī)漫灌條件，靜置24 h。在不破壞原始樣地的基礎(chǔ)上緩慢移走金屬框，在樣方中心區(qū)域挖掘?qū)?.6 m、深至染色消失的垂直土壤剖面，修整剖面后配標(biāo)尺，采用像素為4 752×3 168的佳能500D數(shù)碼相機(jī)分別對(duì)每個(gè)剖面進(jìn)行拍照。每個(gè)小區(qū)均挖掘2個(gè)重復(fù)的垂直土壤剖面。

1.2.2 樣品采集及測(cè)定 染色試驗(yàn)開始前，在各小區(qū)金屬框4個(gè)外邊緣10 cm處分別取基礎(chǔ)土，每10 cm一層至100 cm，每小區(qū)4鉆合成1個(gè)樣品，用于測(cè)定棚內(nèi)、外樣地土壤的基本理化性狀。

染色試驗(yàn)結(jié)束后，垂直剖面每10 cm一層采集土壤樣品，測(cè)定其理化性質(zhì)。其中，土壤容重、孔隙度、持水性、飽和導(dǎo)水率測(cè)定采用環(huán)刀法[11，12]；土壤含水量測(cè)定采用烘干法；土壤機(jī)械組成測(cè)定采用比重計(jì)法；土壤有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀稀釋法[13]。采用0.1 m（長(zhǎng)）×0.1 m（寬）×0.1 m（高）的小金屬框采集根系樣品，測(cè)定根系特性。采用WinRHIZO掃根測(cè)定根系總長(zhǎng)度、根系表面積、根系平均直徑和根系體積，并計(jì)算根長(zhǎng)密度；然后將根系樣品烘干稱重，計(jì)算根重密度。每個(gè)土層均3次重復(fù)。

式中，qrl為根長(zhǎng)密度（m/m3）；qrm為根重密度（kg/m3）；Lr為某直徑級(jí)根系長(zhǎng)度（m）；Mr為某直徑級(jí)根系烘干質(zhì)量（kg）；Vsoil為土壤體積（m3）。

1.2.3 圖像處理與數(shù)據(jù)分析 使用Photoshop CS 5.1軟件對(duì)照片進(jìn)行幾何校正和剪裁，保留中心60 cm寬度，垂直至染色消失。而后進(jìn)行亮度與色彩校正，調(diào)整照片明度（-100）、顏色容度差（0～5%），替換顏色，然后進(jìn)行灰度、閾值調(diào)整，使土壤染色部分替換為黑色、未染色部分替換為白色。然后將照片轉(zhuǎn)換為.bmp位圖格式，利用Matlab 7.1軟件對(duì)位圖進(jìn)行處理，輸出照片二元（0，255）信息矩陣。0為黑色元素，代表染色；255為白色元素，代表未染色[3，4，6]。將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

本研究中，采用染色面積比、長(zhǎng)度指數(shù)、土壤優(yōu)先流程度等指數(shù)[14～16]評(píng)價(jià)不同土地利用類型土壤優(yōu)先流的發(fā)生特征。

1.2.3.1 土壤剖面染色面積比。計(jì)算公式為：

式中，DC為土壤剖面染色面積比（%）；D為土壤剖面總?cè)旧娣e（cm2）；ND為土壤剖面未染色區(qū)域總面積（cm2）。

1.2.3.2 長(zhǎng)度指數(shù)。計(jì)算公式為：

式中，Li為土壤剖面第i＋1層與第i層之差絕對(duì)值的和（%）；DCi＋1、DCi為土壤剖面第i＋1層與第i層對(duì)應(yīng)的染色面積比（%）；n為土壤剖面垂直層數(shù)。

1.2.3.3 優(yōu)先流程度。優(yōu)先流程度由統(tǒng)計(jì)學(xué)中的變異系數(shù)（CVp）轉(zhuǎn)換而來，可以直觀分析土壤剖面優(yōu)先流區(qū)染色的差異程度，從而評(píng)價(jià)優(yōu)先流的發(fā)育程度。

式中，CVp為土壤染色面積比變異系數(shù)；DCi為土壤剖面第i層對(duì)應(yīng)的染色面積比（%）；n為土壤剖面垂直層數(shù)。

本研究中，2種土地利用類型各取了3個(gè)樣地，每個(gè)樣地均挖掘了2組剖面，土壤剖面較多，結(jié)合樣地調(diào)查情況和試驗(yàn)圖像處理結(jié)果，每個(gè)樣地僅選取1組染色圖像為例進(jìn)行展示，但對(duì)每種土地利用類型的優(yōu)先流染色形態(tài)特征結(jié)果中的數(shù)據(jù)分析為全部樣地的數(shù)據(jù)。

利用SPSS 18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的單因素方差分析、Pearson相關(guān)分析和主成分分析；利用Sigmaplot 10.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土地利用類型土壤優(yōu)先流的發(fā)生及染色形態(tài)特征

對(duì)棚內(nèi)、外土壤的優(yōu)先流路徑進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，結(jié)果（表2和圖1）顯示，不同土地利用類型對(duì)土壤優(yōu)先流的發(fā)生與分布影響極大。棚內(nèi)土壤優(yōu)先流的發(fā)育程度顯著高于棚外土壤，使得設(shè)施土壤溶質(zhì)隨水分以更快速度向深層土壤和地下水運(yùn)移，極大地增加了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.1 優(yōu)先流的評(píng)價(jià)指數(shù)DC在一定程度上反映了亮藍(lán)在整個(gè)土壤剖面上的分布情況，是在一定深度內(nèi)土壤水的平均入滲結(jié)果，其值越大，說明水分入滲越多，優(yōu)先流現(xiàn)象越不明顯[14]，即獨(dú)立條狀分化的優(yōu)先流路徑較少。一般將DC≥80%的區(qū)域定義為基質(zhì)流區(qū)[16，17]，即連續(xù)、均勻的水流區(qū)域，發(fā)生在土壤表層，DC越大表明優(yōu)先流發(fā)育相對(duì)滯后。設(shè)施蔬菜棚內(nèi)DC平均值為40.26%～69.14%，顯著高于糧田（19.63%～59.63%）；設(shè)施土壤基質(zhì)流深度為8.30～30.43 cm，最大染色深度為36.27～70.14 cm，也顯著高于糧田土壤（6.43～10.15 cm，13.42～54.91 cm）。說明設(shè)施生產(chǎn)條件顯著改變了水分的入滲過程，增大了基質(zhì)流區(qū)域面積，表層優(yōu)先流現(xiàn)象并不明顯，優(yōu)先流路徑更多地分布在土壤深層，使得其水分入滲能力強(qiáng)于糧田土壤，并且優(yōu)先流路徑對(duì)入滲的貢獻(xiàn)更大。

表2 不同土地利用類型土壤剖面的優(yōu)先流指數(shù)Table 2 Preferential flow parameters of soil profile of different land use types

另外，棚內(nèi)、外土地利用類型不同，土壤垂直剖面之間的染色形態(tài)特征也有所差異。以樣地1的2個(gè)剖面A1-1和A1-2為例，DC均值和最大染色深度都極為相似，然而基質(zhì)流深度卻差異極大，分別為29.08 cm和8.30 cm，A1-1的優(yōu)先流發(fā)育較A1-2明顯滯后，這可能與A1-2表層存在明顯的黏土塊和礫石有關(guān)，染色劑繞過土壤基質(zhì)，通過優(yōu)先流路徑快速向下遷移。由此可見，即使同一種土地利用方式，由于環(huán)境條件、空間位置等差異，不同土壤剖面之間的優(yōu)先流發(fā)育及分布特征也存在一定差異，反映了優(yōu)先流在土壤空間中的高變異性[6]。

考慮到隨著水分入滲，優(yōu)先流區(qū)域的形狀變化較基質(zhì)流明顯，因此又引入了Li進(jìn)行優(yōu)先流評(píng)價(jià)。Li越大，優(yōu)先流現(xiàn)象越明顯。棚內(nèi)土壤的Li為512.19%～1 397.47%，平均736.99%，明顯高于糧田土壤（192.46%～438.05%，平均267.17%）。

2.1.2 優(yōu)先流的垂直變化特征 從土壤垂直剖面的DC變化（圖1）可以看出，總體上DC隨土壤深度的增加而降低，但不同剖面的變化規(guī)律不同。整體上，棚外土壤DC隨土層加深降低速率較高，亮藍(lán)在土壤剖面內(nèi)入滲較淺，說明棚外土壤以淺層基質(zhì)流區(qū)域?yàn)橹?，?yōu)先流路徑深層分布較少。另外，棚內(nèi)2個(gè)剖面（A1-1、A2-1）和棚外5個(gè)剖面（B4-1、B4-2、B5-1、B5-2、B6-2）在一定土壤深度內(nèi)DC均＞80%且隨深度變化不大，但在以下土層DC迅速下降直至消失，整體呈現(xiàn)“L”型變化。說明這7個(gè)剖面水分入滲均以基質(zhì)流為主，其中棚內(nèi)土壤轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在20 cm左右，棚外土壤發(fā)生在10 cm左右，分別對(duì)應(yīng)著棚內(nèi)、外耕作層的深度，也就是說，人為翻耕、除草和施肥等活動(dòng)破壞了土壤的原有結(jié)構(gòu)，阻斷了耕作層與下層結(jié)構(gòu)性土壤之間的聯(lián)通孔隙，從而阻礙了優(yōu)先流的發(fā)生，同時(shí)松散的表土增加了水分的橫向流動(dòng)。而棚內(nèi)A1-2、A2-1、A3-1、A3-2及棚外剖面B6-1的DC并不是隨土壤深度的增加表現(xiàn)為單調(diào)的遞減模式變化，在一定土壤范圍內(nèi)染色面積會(huì)出現(xiàn)明顯的反彈現(xiàn)象，總體呈現(xiàn)類似“S”型的變化，說明隨著土壤深度增加，水分入滲呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)先流現(xiàn)象。

優(yōu)先流染色形態(tài)變異系數(shù)可以反映土壤優(yōu)先流形態(tài)的發(fā)生程度，從而揭示沿土壤深度方向上的優(yōu)先流發(fā)展變化程度。從不同土地利用類型土壤剖面的優(yōu)先流染色形態(tài)變化程度（表3）可以看出，棚內(nèi)土壤的優(yōu)先流發(fā)生較棚外土壤更為復(fù)雜。棚內(nèi)土壤表層10 cm的DC高達(dá)70.10%～100%，以基質(zhì)流為主；在10～30 cm土層，由于人為耕作等活動(dòng)影響降低以及根系含量增加，促進(jìn)了優(yōu)先流的發(fā)生與發(fā)展，使得變異系數(shù)逐漸增大，從基質(zhì)流和優(yōu)先流共同作用的水流模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詢?yōu)先流為主的水分入滲；在30～50 cm土層，隨著淺層根系的減少以及土壤質(zhì)地的變化，優(yōu)先流迅速降低；但到達(dá)50～60 cm土層時(shí)，由于深根的作用，又表現(xiàn)出明顯的水流分化，觀察到典型的優(yōu)先流現(xiàn)象；隨后染色逐漸消失?？傮w上，棚內(nèi)土壤的優(yōu)先流染色形態(tài)變化程度為相對(duì)穩(wěn)定—次活躍—活躍—速變—活躍—速變。棚外土壤的優(yōu)先流形態(tài)變化相對(duì)簡(jiǎn)單，程度為次活躍—速變，其中0～10 cm表層土壤水分以基質(zhì)流和優(yōu)先流共同作用入滲。棚外土壤由于質(zhì)地十分黏重，耕層以下DC變異極大，亮藍(lán)在土壤剖面內(nèi)入滲更淺，優(yōu)先流路徑深層分布較少。

本研究得到的優(yōu)先流垂直變化特征與以往研究結(jié)果一致，即優(yōu)先流主要發(fā)生在地表淺層基質(zhì)流以下的土壤中；并且，不同土地利用類型的優(yōu)先流發(fā)育程度差異極大，以往研究也發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于森林和草地，農(nóng)田土壤優(yōu)先流發(fā)育程度較低[5，6，10，18，19]。然而，目前尚未

圖1 不同土地利用類型土壤優(yōu)先流的染色面積比Fig.1 Dyeing coverage of preferential flow under different land use types

表3 不同土地利用類型土壤剖面的優(yōu)先流染色形態(tài)變化程度Table 3 Variation degrees of soil preferential flow dyeing pattern under different land use types

查到設(shè)施菜地土壤優(yōu)先流發(fā)育特征的相關(guān)報(bào)道。

2.2 土壤優(yōu)先流形成的影響因素

對(duì)不同土地利用類型下土壤理化性質(zhì)、根系特性與優(yōu)先流DC進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，結(jié)果顯示，土壤優(yōu)先流路徑受土壤理化性質(zhì)和根系特性的共同影響。

為了進(jìn)一步確定土壤理化性質(zhì)和根系特性對(duì)優(yōu)先流形成及變化的作用機(jī)理，本研究對(duì)主要影響因子進(jìn)行了主成分分析。結(jié)果顯示，影響不同土地利用類型優(yōu)先流特征的主成分有3個(gè)，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到85.84%。為了使各因子在不同主成分之間得到更好解釋，本研究對(duì)所有因子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到主成分矩陣（表4），3個(gè)主成分對(duì)優(yōu)先流變異的解釋量分別為48.01%、28.44%和9.39%。其中，主成分1反映了土壤因素的變化情況，與土壤最大持水量、毛管持水量、容重、毛管孔隙度和初始含水量關(guān)系最為密切，即主成分1代表了土壤因素中水分及孔隙結(jié)構(gòu)狀況；主成分2反映了植物根系特征的變化情況，主要包括根重密度、根長(zhǎng)密度、根表面積、根平均直徑和根體積（圖2）。

表4 主成分分析結(jié)果Table 4 Results of principal component analysis

圖2 土壤優(yōu)先流影響因子的主成分載荷圖Fig.2 Principal component load diagram of influencing factors of soil preferential flow

從土壤優(yōu)先流影響因子主成分分析得分圖（圖3）也能觀察到，棚內(nèi)土壤的優(yōu)先流發(fā)育程度和影響因素與棚外土壤有顯著差異；并且2種土地利用方式下不同土層的優(yōu)先流主要影響因子也不相同。對(duì)于棚內(nèi)土壤，表層0～20 cm土壤優(yōu)先流發(fā)育受到主成分1（土壤孔隙結(jié)構(gòu)及水分狀況）的影響更多，而表層以下土壤優(yōu)先流發(fā)育更傾向于受到主成分2（根系特征）的影響。這一影響特征很好地解釋了前面得到的設(shè)施土壤優(yōu)先流垂直變化現(xiàn)象：棚內(nèi)表層土壤孔隙狀況良好，優(yōu)先流可以通過大孔隙向下快速遷移；隨著土層加深，DC呈降低趨勢(shì)，此時(shí)由于人為翻耕、除草、施肥等活動(dòng)破壞了土壤的原有結(jié)構(gòu)，阻斷了耕作層與下層結(jié)構(gòu)性土壤之間的聯(lián)通孔隙，并且隨著根系含量增加，從表層到深層土壤優(yōu)先流主要驅(qū)動(dòng)因素也從土壤因子轉(zhuǎn)變成根系因子，因此，20～30 cm是優(yōu)先流現(xiàn)象最為明顯的土層。與設(shè)施土壤相反，糧田土壤表層0～20 cm土壤優(yōu)先流發(fā)育受到主成分2的影響更多；隨著土層加深，優(yōu)先流更多受到主成分1的影響。由于糧田土壤較設(shè)施土壤更為緊實(shí)、干燥，有機(jī)質(zhì)含量低，且人為耕作較少，因此表層優(yōu)先流主要沿根系孔徑快速通過；但隨著土層加深，根系迅速減少，且土壤質(zhì)地越發(fā)黏重，優(yōu)先流路徑深層分布較少，因此發(fā)育程度顯著低于設(shè)施土壤。

圖3 土壤優(yōu)先流影響因子主成分分析得分圖Fig.3 Score diagram of principal component analysis for influencing factors of soil preferential flow

以往研究結(jié)果表明，優(yōu)先流的發(fā)生與變化特征主要受土壤理化性質(zhì)和根系特性的影響，但具體的驅(qū)動(dòng)因子卻并不一致。程競(jìng)萱等[5]指出，根系特性中根重密度和根長(zhǎng)密度是不同土地利用類型下（林地、農(nóng)地）優(yōu)先流的最主要影響因素；而在土壤性質(zhì)中，化學(xué)性質(zhì)對(duì)優(yōu)先流的影響大于物理性質(zhì)。然而，陳曉冰[10]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于林地、草地和農(nóng)地，土壤物理性狀對(duì)優(yōu)先流的影響更大，其貢獻(xiàn)率順序?yàn)橥寥揽紫稜顩r＞水分狀況＞質(zhì)地。另外，優(yōu)先流的大部分研究集中在自然生態(tài)條件的林地、草地，而對(duì)農(nóng)地的研究甚少，特別是對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)體系的研究尚未發(fā)現(xiàn)任何報(bào)道。鄭欣等[6]研究了北京地區(qū)不同土壤類型的優(yōu)先流分布特征后指出，落葉闊葉林地優(yōu)先流發(fā)育受土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量和直徑為1～3 mm的根長(zhǎng)密度的綜合影響。王偉[7]認(rèn)為土壤孔隙結(jié)構(gòu)是紫色砂巖林地土壤優(yōu)先流形成的最主要影響因素，可以解釋近50%的方差變異；王趙男[9]在黑龍江東部山區(qū)林地的研究也得到了類似結(jié)果，非毛管孔隙對(duì)優(yōu)先流作用最為明顯。高超[8]對(duì)鳳陽山主要林分類型土壤優(yōu)先流影響因素的主成分分析結(jié)果表明，第一、二、三主成分分別反映了根系特征、石礫含量、非毛管孔隙對(duì)優(yōu)先流路徑的影響。

本研究首次探索了養(yǎng)分、水分、農(nóng)藥等投入更為集中的設(shè)施集約化生產(chǎn)條件下土壤優(yōu)先流的發(fā)生與分布特征，結(jié)果顯示，設(shè)施土壤優(yōu)先流發(fā)育程度顯著高于棚外土壤，使得氮磷等養(yǎng)分、農(nóng)藥等溶質(zhì)隨水分以更快速度向深層土壤和地下水遷移，強(qiáng)調(diào)了由此產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。為了更好地控制此類環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，本研究進(jìn)一步對(duì)土壤理化性質(zhì)和根系特性等環(huán)境因素進(jìn)行了主成分分析，探索設(shè)施生產(chǎn)環(huán)境因素對(duì)優(yōu)先流形成及變化的作用機(jī)理，最終指出設(shè)施條件下優(yōu)先流驅(qū)動(dòng)因子從表層的由土壤孔隙結(jié)構(gòu)和水分狀況起決定性作用，轉(zhuǎn)向深層土壤由根系特性所控制。本研究結(jié)果與以往森林、草地及糧田優(yōu)先流的驅(qū)動(dòng)因子均有所差異，因此，設(shè)施土壤優(yōu)先流分布特征研究亟待加強(qiáng)，探索其驅(qū)動(dòng)因子并提出科學(xué)的阻控措施對(duì)于防控農(nóng)業(yè)面源污染十分必要。

3 結(jié)論與討論

與自然生態(tài)系統(tǒng)相比，設(shè)施集約化生產(chǎn)環(huán)境顯著改變了土壤優(yōu)先流的發(fā)生與分布特征，使得設(shè)施土壤優(yōu)先流發(fā)育程度顯著高于糧田土壤，水分可以更快速度向深層土壤和地下水運(yùn)移，便隨著氮磷養(yǎng)分及農(nóng)藥的遷移，極大地增加了環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，設(shè)施環(huán)境還顯著改變了土壤優(yōu)先流發(fā)生的驅(qū)動(dòng)因子，表層0～20 cm土壤優(yōu)先流主要受土壤孔隙結(jié)構(gòu)和水分狀況影響，而20 cm以下土層優(yōu)先流主要受根系特性所控制，與糧田土壤優(yōu)先流驅(qū)動(dòng)因子正好相反。