河西走廊中部荒漠砾幂优先流特征及其影响因素

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00139

摘要/Abstract

摘要：

探究优先流补给规律对维持荒漠砾幂植被发育和区域生态系统稳定性具有重要意义，但其形成机制、运移路径及其生态水文效应尚不明晰。为此，在河西走廊中部临泽绿洲北部的荒漠砾幂区域选取3块样地（分别包括3块平地和洼地），进行土壤剖面调查和染色示踪试验，并结合图像处理技术和Pearson相关性分析方法，分析两种微地貌下优先流特征及其影响因素。结果表明：（1）平地和洼地土壤均为土-砾混合介质，且细土含量较高；相较于洼地，平地地表砾石覆盖度更高，砾幂层更厚，但孔泡层（Av层）厚度却无显著差异；平地表层30 cm土层的总孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水量和田间持水量均较高，其容重和土壤饱和导水率却较小；（2）平地和洼地的基质流入渗分别为0~2.5 cm和0~4.33 cm，水分运移分别以基质流和优先流为主，优先流比例分别为41.82%±18.44%和58.91%±10.79%，并且洼地的优先流特征参数染色面积比（K）、优先流长度指数（L_i ）和水分扩散深度（L）均较大。（3）平地Av层厚度限制优先流的产生，而洼地地表砾石覆盖度、粗砾石和砂粒含量显著促进优先流的发育，细砾石和中砾石含量则显著抑制优先流发育。

关键词: 荒漠砾幂, 优先流, 微地貌, Av层, 河西走廊

Abstract:

Exploring the priority flow replenishment pattern is of great significance for maintaining the development of desert gravel area vegetation and the stability of regional ecosystems. However， the formation mechanism， transport path and ecological hydrological effects of this pattern remain unclear. Therefore， three sample plots （each consisting of flat areas and depressions） were selected in the desert gravel area of the northern part of Linze Oasis in the central part of the Hexi Corridor to conduct soil profile investigations and dye-tracing experiments， and combined with image processing technology and Pearson correlation analysis methods to analyze the characteristics of priority flow and its influencing factors in the two types of micro-landforms. （1） The soil profile investigation shows that the soils in both flat areas and depressions are soil-gravel mixed media， with a higher content of fine soil； compared to the depressions， the surface gravel coverage in the flat areas is higher， and the gravel layer is thicker， but there is no significant difference in the thickness of the pore space layer （Av layer）； the total porosity， capillary porosity， saturated water content and field capacity water content of the top 30 cm of the flat surface soil layer are all relatively high， while its bulk density and soil saturated water conductivity are relatively low. （2） The dye-tracing experiment shows that the infiltration range of the substrate flow in the flat area is between 0-2.5 cm， and that in the depression is between 0-4.33 cm. The water transport is mainly by substrate flow and priority flow， with the proportion of priority flow being 41.82%±18.44% and 58.91%±10.79% respectively， and the characteristic parameters K， L_i and L of the priority flow in the depression are larger. （3） Pearson correlation analysis shows that the thickness of the Av layer in the flat area restricts the generation of priority flow， while the surface gravel coverage， coarse gravel and sand particle content in the depression significantly promote the development of priority flow， while the content of fine gravel and medium gravel significantly inhibits the development of priority flow.

Key words: desert pavement, primary flow, micro-geomorphology, Av layer, Hexi Corridor

中图分类号:

P931.3

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图/表 8

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样地	样地1	样地2	样地3
地理坐标	39°28′12.45″ N，100°09′50.65″ E	39°27′18.06″ N，100°09′04.91″ E	39°25′10.15″ N，100°07′38.40″ E
地貌特征	位于剥蚀山丘下方典型水道两侧，地表平坦，受绿洲影响较小，有大量细小侵蚀沟	位于剥蚀山丘与绿洲间,地表平坦，侵蚀沟宽度较宽，有大面积流水冲刷痕迹	位于剥蚀山丘下方，距离农田较近，地表平坦，受绿洲影响较大，有大量细小冲蚀沟纵横分布
砾石覆盖度	25.61%	29.15%	23.23%
地表砾石形态	R1(12%)、R2(33%)、R3(46.5%)、R4(8%)、R5(0.5%)	R1(16.5%)、R2(35.5%)、R3(41.5%)、R4(6%)、R5(0.5%)	R1(19.5%)、R2(36%)、R3(36%)、R4(8.5%)
剖面形态	平地：砾幂层-Av-Bk-Btk 洼地：砾幂层-Av-Bk-Btk	平地：砾幂层-Av-Bk-Btk 洼地：砾幂层-Av-Bk-Btk	平地：砾幂层-Av-Bk-Btk 洼地：砾幂层-Av-Bk-Btk
土壤结构	中等，呈块状、棱柱状和片状	中等，块状、棱柱状和片状；弱-强，块状结构（部分）	中等，块状、棱柱状和片状；弱-强，块状结构（部分）
代表性植被	泡泡刺、灌木亚菊、红砂、籽蒿、画眉草、白茎盐生草等	泡泡刺、红砂、蒙古韭、籽蒿、画眉草、狗尾草、白茎盐生草、刺沙蓬等	泡泡刺、红砂、蒙古韭、骆蹄瓣、籽蒿、画眉草、狗尾草、虎尾草、白茎盐生草等
植被覆盖度	20%~30%	15%~30%	10%~20%

样地	样地1	样地2	样地3
地理坐标	39°28′12.45″ N，100°09′50.65″ E	39°27′18.06″ N，100°09′04.91″ E	39°25′10.15″ N，100°07′38.40″ E
地貌特征	位于剥蚀山丘下方典型水道两侧，地表平坦，受绿洲影响较小，有大量细小侵蚀沟	位于剥蚀山丘与绿洲间,地表平坦，侵蚀沟宽度较宽，有大面积流水冲刷痕迹	位于剥蚀山丘下方，距离农田较近，地表平坦，受绿洲影响较大，有大量细小冲蚀沟纵横分布
砾石覆盖度	25.61%	29.15%	23.23%
地表砾石形态	R1(12%)、R2(33%)、R3(46.5%)、R4(8%)、R5(0.5%)	R1(16.5%)、R2(35.5%)、R3(41.5%)、R4(6%)、R5(0.5%)	R1(19.5%)、R2(36%)、R3(36%)、R4(8.5%)
剖面形态	平地：砾幂层-Av-Bk-Btk 洼地：砾幂层-Av-Bk-Btk	平地：砾幂层-Av-Bk-Btk 洼地：砾幂层-Av-Bk-Btk	平地：砾幂层-Av-Bk-Btk 洼地：砾幂层-Av-Bk-Btk
土壤结构	中等，呈块状、棱柱状和片状	中等，块状、棱柱状和片状；弱-强，块状结构（部分）	中等，块状、棱柱状和片状；弱-强，块状结构（部分）
代表性植被	泡泡刺、灌木亚菊、红砂、籽蒿、画眉草、白茎盐生草等	泡泡刺、红砂、蒙古韭、籽蒿、画眉草、狗尾草、白茎盐生草、刺沙蓬等	泡泡刺、红砂、蒙古韭、骆蹄瓣、籽蒿、画眉草、狗尾草、虎尾草、白茎盐生草等
植被覆盖度	20%~30%	15%~30%	10%~20%

类型	参数	染色面积比 K/%	基质流入渗深度 H_mat/cm	优先流比例 K_p/%	优先流长度指数 L_i /%	水分扩散深度 L/cm
平地	平均值±标准差	14.43±8.92	2.50±1.50	41.82±18.44	84.25±10.66	31.22±4.24
	最大值	23.20	4.00	60.53	95.48	33.85
	最小值	4.30	2.00	23.71	74.33	26.67
	变异系数	0.62	0.60	0.44	0.13	0.14
洼地	平均值±标准差	15.71±4.26	4.33±1.53	58.91±10.79	84.37±6.13	33.16±3.51
	最大值	16.93	6.00	61.75	89.00	36.53
	最小值	5.33	3.00	23.67	83.01	28.58
	变异系数	0.27	0.35	0.18	0.07	0.11

类型	参数	染色面积比 K/%	基质流入渗深度 H_mat/cm	优先流比例 K_p/%	优先流长度指数 L_i /%	水分扩散深度 L/cm
平地	平均值±标准差	14.43±8.92	2.50±1.50	41.82±18.44	84.25±10.66	31.22±4.24
	最大值	23.20	4.00	60.53	95.48	33.85
	最小值	4.30	2.00	23.71	74.33	26.67
	变异系数	0.62	0.60	0.44	0.13	0.14
洼地	平均值±标准差	15.71±4.26	4.33±1.53	58.91±10.79	84.37±6.13	33.16±3.51
	最大值	16.93	6.00	61.75	89.00	36.53
	最小值	5.33	3.00	23.67	83.01	28.58
	变异系数	0.27	0.35	0.18	0.07	0.11