《中国水土保持科学(中英文)》研究报道：不同植被类型下盐碱土壤优先流特征

作者及机构

本研究由宁夏大学生态环境学院的马小文、张峰举、马玲、马艳、潘卓、王幼奇（通讯作者）团队完成，合作单位包括西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地和宁夏大学地理科学与规划学院。研究成果于2025年12月23日以网络首发形式发表于《中国水土保持科学(中英文)》（Science of Soil and Water Conservation），ISSN 2096-2673。

学术背景与研究目标

科学领域与背景

研究聚焦于优先流（preferential flow）——一种水分和溶质通过土壤大孔隙快速且非均匀运移的现象。西北干旱半干旱区的银北平原因降雨稀少、蒸发强烈及长期灌溉导致地下水位上升，盐碱化问题突出，严重制约农业与生态恢复。优先流的存在可能加速盐分淋洗或加剧水分流失，而不同植被类型通过根系活动影响土壤孔隙结构，进而调控优先流发育。

研究动机

以往研究多关注均质土壤入渗，但实际盐碱地水分运动受植被类型显著影响。团队旨在通过对比5种耐盐植被（田菁、芦苇、湖南稷子、盐地碱篷、野榆钱菠菜）与裸地的优先流特征，揭示植被-土壤互作机制，为盐碱地生态修复与水分管理提供理论依据。

研究方法与流程

1. 样点设置与预处理

• 研究对象：选取宁夏平罗县宝丰镇盐碱地的5种典型植被（a1-a5）及裸地对照（CK），共6组样点，每组3重复，总计18个试验小区。

• 隔离装置：使用70 cm×70 cm×50 cm铁皮垂直嵌入土壤50 cm，防止边缘效应干扰。

2. 染色示踪试验

• 染色剂：喷洒4 g/L亮蓝溶液（36 L/样点），模拟灌溉入渗。

• 图像采集：静置24小时后，挖掘垂直剖面，每10 cm分层拍摄染色图像（共90张），选取代表性图像分析。

3. 图像处理与参数提取

• 软件工具：Adobe Photoshop CC 2020（几何校正、二值化处理）和Image-Pro Plus 6.0（量化染色区域）。

• 关键参数：

  • 染色面积比（DAR, Dyeing Area Ratio）：染色区域占比。

  • 基质流深度（UNIFR, Uniform Flow Depth）：染色面积≥80%的深度。

  • 优先流比（PF-FR, Preferential Flow Ratio）：优先流区域占比。

4. 土壤物理性质测定

• 指标：土壤密度（BD）、饱和持水量（SC）、田间持水量（FC）、毛管持水量（CC）。

• 方法：环刀法取样，实验室标准化测定。

5. 数据分析

• 统计工具：SPSS 27.0（Pearson相关性分析）、Canoco 5.0（冗余分析，RDA）。

主要研究结果

1. 染色形态差异

• 均匀染色型：盐地碱篷（a4）、湖南稷子（a3）、野榆钱菠菜（a5）染色分布均匀，基质流深度＞15 cm，表明其孔隙连通性良好。

• 浅层染色型：裸地（CK）和芦苇（a2）染色深度最浅（CK因板结阻碍入渗）。

• 不规则型：田菁（a1）染色形态杂乱，优先流比最高（42.44%），推测其发达根系形成离散大孔隙。

2. 染色参数定量分析

• DAR：湖南稷子（35.71%）和盐地碱篷（34.7%）显著高于裸地（CK的8.84%），表明植被促进水分扩散。

• PF-FR排序：田菁＞裸地＞湖南稷子＞盐地碱篷＞野榆钱菠菜＞芦苇，反映田菁优先流发育最强。

• BD与优先流正相关（RDA解释量18.2%），高密度土壤（如田菁1.68 g/cm³）更易形成优先路径。

3. 土壤物理性质影响

• SC、FC、CC与UNIFR显著正相关（p<0.01），高持水量土壤（如湖南稷子SC=32%）利于基质流主导。

结论与价值

科学结论

1. 植被类型通过改变土壤密度和孔隙结构调控优先流，田菁因根系特性优先流最显著。

2. 低密度植被（湖南稷子、盐地碱篷、野榆钱菠菜）更利于均匀水分运移，适应干旱胁迫环境。

应用价值

• 生态修复：推荐湖南稷子等耐盐植被用于银北平原盐碱地改良，其均匀水分模式可缓解蒸发胁迫并促进脱盐。

• 农业管理：优先流研究为灌溉策略优化（如控制大孔隙水流）提供依据。

研究亮点

1. 方法创新：结合染色示踪与高精度图像分析，量化二维优先流特征参数。

2. 区域特异性：首次系统评估银北平原盐碱地植被-优先流关系，填补干旱区研究空白。

3. 实践指导：明确耐盐植被的优先流调控能力，为生态修复提供物种选择依据。

展望

未来需结合CT扫描等技术解析三维孔隙结构，并长期监测植被根系动态对优先流的影响。