作一维垂向运动的湿润锋运移深度均随着入渗时间延长而增加,且入渗初期其运移速率较快,而后运移速率逐渐减慢趋于稳定状态,这与吉恒莹等[21]的研究结果一致。覆盖砾石后,随着砾石粒径的增大,初始湿润锋的运移距离增大,衰减速度减缓。这是由于随着砾石粒径的增大,覆盖层大孔隙数量增加,因而提高了导水率[16],但随着入渗深度的增加,覆盖层对入渗的影响逐渐变弱[11]。
与CK相比,砾石覆盖下初始入渗率、稳定入渗率和入渗总量随着砾石粒径增加都呈上升趋势,这与周蓓蓓等[22]的研究结果相似。砾石覆盖显著提高了土壤初始入渗率,且初始入渗率随着砾石粒径的增加而迅速增加,这主要是由于随着砾石粒径的增加,覆盖层的大孔隙数量增多,水流通道好,填满覆盖层孔隙空间所需水分增多。入渗过程中,大孔隙及其传导孔隙是水流的主要通道,土壤中大尺度孔隙的数量和分布直接影响着水分的传输能力和运动状态[23]。随后,土壤入渗率迅速下降,主要是因为入渗初期水分顺着砾石孔隙快速下渗,导致土体快速湿润,土壤团聚体破碎,堵塞了土壤孔隙结构,阻碍了渗水[24]。
最终,土壤入渗率逐渐趋于稳定,达到稳定入渗状态。砾石覆盖提高了稳定入渗率,但稳定入渗率随砾石粒径的增加缓慢增大。导致稳定入渗率增速缓慢的原因有两个:一方面,随着入渗深度的增加,覆盖层对入渗的影响逐渐变小[11]; 另一方面,由于砾石自身重力的压实,随着砾石粒径增大,土壤容重增大[25],随着容重增大,土壤孔隙结构变差,土壤透气性、饱和导水率及导水能力迅速下降[26],导致稳定入渗率增加缓慢,这与Kostiakov模型的结果一致:稳定入渗率衰减速度随砾石粒径的增大而增加。
砾石覆盖也提高了土壤水分入渗总量,且入渗总量随砾石粒径的增大呈线性增加趋势。出现这种现象的原因是:随着砾石粒径的增大,大孔隙数量增多,水流通道好,土壤的透水性增加。余海龙等[27]指出砾石覆盖能够增加大孔隙,促进水分入渗,加快壤中流的发生,改善土壤水文循环过程。由此可见,砾石覆盖可以改良土壤孔隙结构,增加透水性,提高土壤导水能力,在旱作农业水保措施应用中具有很大优势。
Philip模型的拟合结果中稳定入渗率A均为负值,管瑶[28]和郑健[29]等在研究中也发现了类似的结果。这可能与Philip模型的衰减系数固定为-0.5有关,-0.5的衰减系数限制了Philip模型只能适用于某些特定土壤[28]。土壤入渗模型拟合的结果表明:Kostiakov模型对不同粒径砾石覆盖土壤水分入渗的影响拟合最好; Horton模型的拟合效果较好; Philip模型的拟合效果最差。周蓓蓓[22]和党宏宇[12]等的研究结果也表明Kostiakov模型能够很好地反映砾石覆盖土壤的水分入渗变化过程。本次研究虽然可以使我们了解砾石粒径对土壤水分入渗性能的影响,但是室内土柱模拟试验与研究区实际情况存在一定差异,因此需要在野外建立径流小区进行模拟降雨试验来进一步探讨土壤水分入渗过程。