林业科学

作者：江雨琦1,牛健植1,2,3,4,*,王迪5,杨涛1,戴正宇1,郑佳玉1

单位：1. 北京林业大学水土保持学院　北京 1000832. 林木资源高效生产全国重点试验室　北京 1000833. 水土保持与荒漠化防治国家林业和草原局重点试验室　北京 1000834. 林业生态工程教育部工程研究中心（北京林业大学）　北京 1000835. 沈阳农业大学水利学院　沈阳 110866

关键词：土壤优先流,探地雷达,染色示踪,探地雷达特征参数,优先流发育

基金：国家重点研发计划项目（2022YFF1300804）；国家自然科学基金项目（41877154）。

目的: 综合应用染色示踪和探地雷达技术，分析不同入渗水量下的土壤优先流时空变化特征，揭示雨量变化对土壤优先流发育的调控机制；同时，尝试建立探地雷达特征参数与优先流指标的关系，揭示探地雷达技术判定优先流的适用性和局限性，为土壤水文过程的无损监测提供参考。方法: 以辽宁老秃顶子国家级自然保护区的蒙古栎?色木槭?山杨天然次生林为对象，在大雨（35 mm）和暴雨（60 mm）2种入渗水量下进行染色示踪试验，挖取染色剖面后直观分析优先流发育特征，利用优先流指数综合评价优先流发育程度。分析探地雷达单道波形图的最大振幅（Amax）、最大振幅面积（Smax）、总振幅面积（ΣS）和最大时间间隔（Tmax）4个特征参数，结合土壤剖面染色面积比（DC），探究优先流特征随土层深度的变化。构建染色前后的Amax幅值变化三维图，探究探地雷达参数随染色时间（染色前和染色后30 min、1 h、24 h）的变化规律及水分运移过程。结果: 1） 研究区内土壤优先流以漏斗流和指流为主，具有一定的侧向流特征，水分入渗过程存在非均匀性，随土层加深DC整体呈非线性下降；随入渗水量增加，优先流综合评价指数下降（0.47→0.42），水分空间异质性降低（变异系数：0.66→0.28），分布范围扩大（DC：48.78%→74.36%）；2） 染色面积比与探地雷达特征参数显著相关，其中与染色后的Amax、Smax、ΣS极显著正相关（P≤0.01），与染色后的Tmax显著负相关（P≤0.05），表明探地雷达特征参数能够有效反映土壤优先流发育程度；3） 染色后探地雷达Amax在土层深度10 cm处达到峰值，表明此处水分变化剧烈，优先流发育程度最高；随土层深度增加，振幅逐渐降低，优先流发育程度逐渐减弱；4） 入渗水量增加使得Amax在观测时段内的最大值从染色后1 h加速至30 min，说明入渗水量增加能够加速水分入渗，加快优先流发育。结论: 本研究揭示辽宁老秃顶子国家级自然保护区土壤优先流在不同入渗水量条件下的发育特征及其动态变化，入渗水量增加能够加速土壤优先流发育，使其在更短时间内达到高峰，但反而抑制优先流发育程度。探地雷达技术能够有效判定优先流的发生及发育程度，其相关特征参数与土壤优先流发育程度存在显著相关，可为染色示踪试验结果提供定量分析支持。

来源：2025年第8期

《林业科学》期刊编辑部

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