枫香麻栎混交林土壤优先流对碳运移影响的研究

文献综述

前言

土壤优先流是一个土壤水文学概念，一种较为常见的土壤中水分运动形式。国外对优先流的研究萌芽于1864年研究入渗过程中的大空隙开始，但直至20世纪70年代才逐渐引起科学界的重视。美国于20世纪70年代开始研究优先流，是最早开展优先流研究的国家，80年代初，日本、英国、加拿大等国家也相继开展了相关工作并取得不少研究成果。国内关于优先流的研究要晚于国外，开展于20世纪90年代中后期，并且由于相关知识累积的薄弱，一开始只限于一些针对于优先流的描述性研究和初步的实验。

优先流的前期研究

Beven 和Germann在上世纪80年代提出了一种解释优先流的说法，认为优先流就是水流通过大孔隙而绕过土壤基质快速向下迁移的现象。受限于当时的条件与认知，此种说法简单而狭隘地将优先流归于大孔隙流^[1-2]。Hendrickx 和 Flury将优先流称为非均匀流，非平衡流，是水份和溶质沿某些特定的路径运动而绕过部分多孔介质向下入渗的的现象^[3-5]。目前国内外关于优先流的发生形式和特征没有一个完全统一的观点，总体来说，各种说法中相同的特征可以将优先流表述为一种在众多外部作用下，在土壤中沿着特定的路径向下发生非稳定性渗流的现象。

优先流研究类型

在此定义下，目前优先流的主要研究类型有大孔隙流、指流、侧向流和漏斗流^[6]。早在1882年，lawes等发表的论文就是针对现今论述的大空隙流展开的，这是在结构性土壤中最主要的优先流类型，水分和溶质沿裂隙、动物孔道等形式的土壤大空隙发生的运移过程。目前，学术界对土壤大孔隙的定义和孔径范围界定尚未统一，研究者根据其研究提出了如下几种界定土壤大孔隙的方法：1）大孔隙的空间尺寸（如，Luxmoore认为孔径gt; 1 mm 的为大孔隙，而 Beven 和 Germann则将孔径在 0.03~3 mm 范围内的孔隙界定为大孔隙；无论是定性还是定量，仅从孔隙尺寸来界定大孔隙是不充分的，还需要考虑大孔隙的三维几何形态）；2）排空大孔隙内全部水量时所需要施加的压力（lt;5 kPa）；3）土壤导水率的大小（1~10 mm/h）。Mabuchi 、Miller 和 Gardner 等针对湿润峰不稳定的实验研究被认为是早期的指流研究阶段，后来的多次实验和研究证明，指流现象形成的主要原因是非均质性和不稳定性(但土壤可能均质)，由非均质性行为而形成的指流，通常与小孔隙或中孔隙相伴出现在黏土中, 由不稳定原因而形成的指流常出现在驱水性沙土中^[7]。所以，一般认为当指流发生时，土壤的驱水性和重力作用发生了作用。测流是水分垂直运动到不透水层边界时发生的快速横向转移运动，不透水层的共同特性就是具有较强的斥水性。漏斗流主要存在于细粒粘质土壤中，当这种土壤存在一个或几个粗土斜夹层时，水流就会沿斜层表面倾斜流动，到达斜层下端时就会呈现漏斗流的形式。在一部分学者的研究中，漏斗流也归纳到测流的类型中进行研究。除此以外，优先流根据不同的表现形式和反映特征还有以下几种类型：非饱和重力流、异质流、摆动流、低洼再蓄^[8-10]。

优先流影响因素