耕地土壤结构与水文时空变化对基于自然的洪水缓解解决方案功能的影响

本文探讨了临时蓄水区（TSA）作为基于自然的解决方案（NbS）在缓解洪水和土壤侵蚀中的作用。研究聚焦于TSA土壤物理和水力特性（如饱和导水率Ks和宏观孔隙度）的时空变异，揭示了洪水淹没和土地管理（如耕作和植被覆盖）对土壤结构退化与恢复的动态影响。结果表明，植被覆盖可增强土壤韧性，而耕作时机对维持TSA水文功能至关重要。这些发现为优化TSA设计和管理提供了科学依据，对提升流域尺度的洪水调控和农业系统韧性具有重要意义。

　　

1 引言

近年来，基于自然的解决方案（NbS）被广泛推广作为缓解洪水等环境问题的措施。头水流域因其与洪水生成和土壤流失的关联而成为NbS的焦点。临时蓄水区（TSA）作为NbS的一种应用，通过在景观或排水网络中创建屏障，暂时储存和衰减地表径流。这些干预措施在全球范围内实施，以提供多种生态系统服务，并在不同地区有不同的名称，如英国的自然洪水管理、美国的自然和自然基特征、欧洲的自然水资源保留措施、亚洲的集成流域管理和非洲的雨水收集。

TSA术语描述了在风暴事件期间在土地上创建新的、分散的流域存储的原则。这一术语适用于更广泛的水管理NbS框架，并在国际上被称为微型或小型水库。小型头水TSA通常设计在1到2天内排空，以最小化农田淹没时间并确保有可用存储来衰减后续风暴事件。这意味着它们可以集成在种植作物的田间或田边界，以减少环境压力。此外，由于它们的土地占用小和捕获沉积物的能力，这种干预措施的接受度可能对耕地农民更高。

头水TSA的实施在全球范围内逐渐增加，因为多个NbS计划的实证证据突出了它们的多重效益。例如，在新西兰的罗托鲁阿湖，两个小型农业子流域中覆盖约1%土地的TSA通过延长 stormwater 停留时间和增强土壤渗透，防止了约50%的年径流到达下游水道。此外，在英国上泰晤士的一个农业子流域中，分散的14个TSA在2到3年内共同捕获了83吨沉积物、4.3吨有机碳和122千克磷，尽管它们覆盖了不到流域面积的1%。在埃塞俄比亚高地，营养丰富的TSA土壤被用于增加谷物产量，与未梯田化的山坡相比，TSA足迹内的作物产量提高了7%。TSA足迹内改善的土壤水文还延长了生长季节，超出了雨季。然而，作物产量的增加取决于考虑结构土地占用，因为总可耕种面积减少。

长期研究证明了TSA在减少径流和沉积物负荷方面的有效性，但许多现有TSA研究未量化饱和导水率（K_s）等水文参数，这是渗透能力和长期韧性的关键指标。理解这些田间尺度过程对于维持TSA功能和扩大实施以实现可靠的流域尺度洪水缓解至关重要。

单个TSA的功能和性能可能因设计、位置和时间而异，但对驱动这种时间变异性的过程的理解仍然有限，特别是在洪水之后，以及如何长期维持最佳功能。一个关键因素是TSA足迹，即当特征处于满容量时被淹没的区域，它影响排水速率和径流衰减。在这个足迹内，土壤渗透是控制后续风暴可用存储量的重要排水路径。例如，Roberts等人表明，对于苏格兰东北部的一个TSA，时间可变的TSA功能可能导致在增强的春季土壤条件下溢流减少，而与退化的冬季条件相比。

土壤结构和水文特性可能因耕作、淹没和植被生长等因素而变化，这些变化可能影响TSA功能和性能。耕作可能对土壤物理和水力特性产生立即和显著的影响。淹没是土壤结构变化的主要驱动因素，因为重复积水已被证明通过土壤结构的 coalescence 和表面较少渗透的侵蚀沉积物的形成来减少渗透。这些变化，包括减少的宏观孔隙度、较低的K_s和增加的容重，在这里被称为“土壤结构退化”，因为它们减少了 governing 渗透和水 retention 的关键水力功能。因此，TSA排水速率和径流衰减可能随着时间的推移而下降，因为它们履行其临时存储功能。此外，由于地形、出口设计和风暴 magnitude 驱动的淹没持续时间的变化，土壤结构退化的空间梯度可能在TSA足迹内发展。淹没时间较长的区域，如地形低点，可能经历更大的土壤结构退化，产生跨足迹的变异性。

增强土壤韧性可能有助于在洪水后保持TSA功能。增加的植被覆盖和植物多样性已被证明可以改善土壤结构、强度和渗透速率。此外，更高的土壤有机碳含量降低了压实风险并增强了团聚体稳定性。在更长的时间范围内，生物活动可能再生土壤结构并减轻洪水的影响。因此，理解TSA足迹内不同土地用途如何导致TSA功能和性能的不同结果也很重要。

尽管土地利用、土地管理和洪水淹没对土壤特性的影响相对众所周知，但理解这种时间动态的重要性，特别是在TSA足迹内，在土壤科学和水文学中仍然未充分探索。它也代表了当前TSA建模方法中的研究 gap，这些方法经常 overlook 土壤的作用。认识到土壤健康支撑NbS的韧性和多功能性，针对TSA足迹内的管理实践可能提供一种更实用和局部可接受的方法，以在重复洪水事件后维持功能，而不干扰更广泛的农业操作。然而，当前洪水后管理TSA的指南有限，更好地理解土地利用和管理如何影响TSA性能对于制定确保其持续有效性的策略至关重要。

本研究的总体目标是调查洪水和土地管理如何影响TSA土壤结构和相关水文特性。我们假设洪水事件和土地管理实践显著影响土壤结构，导致TSA内水文功能的时空变化。研究聚焦于苏格兰东北部的两个农业TSA，它们代表了遭受周期性洪水的耕地区域。通过关注耕地用途，我们评估了驱动土壤物理和水力特性时间变化的因素，包括耕作、作物周期、植被覆盖，以及这些如何与洪水事件相互作用。虽然TSA旨在衰减径流和减少下游洪水风险，但本研究未尝试量化其整体洪水缓解有效性。相反，研究结果提供了对可能影响其性能的TSA内土壤结构和水文动态的洞察。

2 数据与方法

2.1 研究地点

研究探讨了位于苏格兰东北部Tarland和Invergowrie附近的两个农业TSA的时空功能，两者都设计为主要通过径流衰减来缓解当地洪水，同时 contributing 到更广泛的流域洪水管理。两个TSA都用土壤坝构建， designed 用于保水，并在体积、土壤类型和盛行的温带湿润气候方面大致可比，但在TSA足迹大小和土地管理方面不同。两个地点的土壤（Cambisols）相对稳定，侵蚀不被认为是主要关注点。作为温带地区最常见和最多产的土壤类型之一，Cambisols将我们的发现置于广泛的英国和中欧耕地背景中，增强了NbS在这些景观中的相关性。这些TSA因它们的相似性而被选择；然而，它们的特定差异提供了调查影响TSA时空功能的因素的机会。

在2年研究期间（2021-2023），Tarland用冬小麦管理，而Invergowrie最初用春大麦种植，然后过渡到多年生黑醋栗。在两个地点，谷物被犁耕到约25厘米深度，然后进行二次耕作。降雨时间和强度可以影响土壤结构退化和侵蚀的程度，特别是当与使土壤裸露或稀疏植被的土地管理同时发生时。因此，冬小麦的秋季耕作和春大麦的春季耕作可能影响洪水期间和之后的TSA功能。例如，耕作后增强的表土渗透可能最初改善TSA排水，但较低的植被覆盖和减少的团聚体稳定性增加了对雨溅和淹没导致的土壤结构退化的脆弱性。这些变化，包括减少的宏观孔隙度、较低的K_s和增加的容重，被称为“土壤结构退化”，因为它们减少了 governing 渗透和水 retention 的关键水力功能。因此，TSA排水速率和径流衰减可能随着时间的推移而下降。此外，由于地形、出口设计和风暴 magnitude 驱动的淹没持续时间的变化，土壤结构退化的空间梯度可能在TSA足迹内发展。Invergowrie的春季耕作可能有助于在洪水后重置表土结构，尽管耕作通常可能通过形成犁底层来阻碍底土渗透。

尽管体积相似，但不同的出口设计导致两个地点之间的淹没时间不同，可能不同地影响土壤物理和水力特性。在Tarland，坝有一个位于坝中途的出口管（0.25米），这意味着高于50%的体积的淹没时间 considerably 短于较低体积。相比之下，土壤渗透是Invergowrie全~250立方米存储体积的主导流出。在Tarland，渗透仅当存储体积低于~45立方米（即低于出口管水平）时主导，这代表了总TSA体积的约25%。此外，更大的积水面积和更低的最大TSA高度，以及因此减少的水头在Invergowrie也可能影响TSA功能。 subsurface 排水的影响也可以在相似土壤类型的田间探索，Invergowrie没有田间排水，而Tarland有。

Tarland坝位于草地缓冲区内的田边界。当水位超过10厘米或存储体积超过20立方米（总TSA体积的10%）时，TSA足迹扩展到相邻的耕地，作物仍然生长。田间也有 subsurface 瓦管排水，管道位于田间并在草地缓冲区内与坝平行运行，有助于减轻与TSA田间位置相关的 elevated 土壤湿度。2021年9月，冬小麦在耕作后种植。尽管作物已经开始建立，但在2021/2022年冬季第一次淹没事件期间， notable 比例的裸露、 freshly 耕作土壤仍然存在。该期间的田间观察表明，尽管在TSA足迹上开发了一个小侵蚀通道，但沉积物沉积相对有限。由田边际犁耕创建的隆起边缘可能防止了沉积物进入草地缓冲区，将沉积物限制在较小风暴事件期间TSA足迹内的耕地土壤中。对于随后的2022/2023年冬季 larger 淹没事件，土地利用已过渡到收获后的冬小麦 stubble，没有 substantial 侵蚀的证据。

Invergowrie坝有一个估计容量为250立方米，多余的水通过一个高于最低点0.22米的溢洪道排出。土地利用最初是2021年8月第一次田间采样活动的春大麦 stubble。2021年12月，田间被犁耕，犁沟在冬季留下未 disturbed。2022年5月，大部分田间被耕作并播种春大麦。同时，向多年生黑醋栗的过渡开始，一小部分种植，边际播种草种。这 hereafter 被称为“ established 黑醋栗”。2022年9月春大麦收获后，剩余的 contributing 区域被耕作，并种植了多年生黑醋栗，边际留下为裸露土壤。这 hereafter 被称为“新黑醋栗”。2023年4月，新黑醋栗的边际被 harrowed 并播种草种。黑醋栗土地用途分为“ established ”和“新”用于分析，以评估植被和裸露土壤边际对洪水后土壤物理和水力特性的影响。Invergowrie坝提供了一个独特的机会来评估同一TSA足迹和 contributing 区域内不同土地用途的影响。在研究期间，Tarland和Invergowrie田间都没有灌溉。

2.2 数据

本地15分钟降雨和TSA水位数据用于描述水文气候条件和TSA淹没事件。在两个地点，TSA坝存储的水位在最低点测量，捕获每个特征的最大高度。这使用In Situ Rugged TROLL 100（Tarland）和Isodaq Frog RX（Invergowrie）水位记录器收集。TSA水位（米）使用深度-体积关系转换为体积（立方米），该关系由两个地点的1米LiDAR数字高程模型（DEM）估计。本地降雨使用每个地点的单个翻斗雨量计（0.2毫米精度）测量，位于TSA 5公里内， tips 聚合为15分钟记录。土壤湿度在30分钟间隔使用Delta-T PR2/4剖面探头和DL6数据记录器在每个地点的 various 深度（10, 20, 30和40厘米）测量，以了解一般地点土壤湿度。剖面探头安装在每个TSA的上坡，避免了TSA足迹，土壤湿度测量代表田间条件。来自附近站点的补充土壤湿度数据（<5公里），即Tarland的Netherton和Invergowrie的Balruddery Farm，仅用于提供整个观测时间范围内湿和干期的 contextual 趋势，特别是在缺少站点特定数据的时期。这些补充数据未用于站点特定分析，不代表对缺少本地观测的直接替代。

2.3 田间采样

为了调查积水和土地管理对土壤物理特性时空变化的影响， intact 土壤核心在2年研究期间从三个空间区域收集了6到7次。TSA区域对应于不同存储阈值淹没的土地区域：（1）TSA活动区域（10%体积满）—淹没时间最长；（2）TSA满区域（>50%体积满）—大风暴期间淹没。第三个区域，田间区域，位于上坡和TSA足迹外，作为控制。采样时间 designed 捕获洪水、冬季和夏季条件、耕作和生长季节变化的影响，包括收获后。在每个时间采样期间，36个 intact 土壤核心（8(直径)×5(高)厘米/250立方厘米）沿三个 transects 采集。这些 transects 提供了站点的全面代表，覆盖各种空间区域。我们分析了土壤核心以评估容重、宏观孔隙度和K_s。样品在两个不同深度采集，代表表土（2-7厘米）和底土（25-30厘米）。采集了18个表土核心以捕获近地表土壤结构的动态性质，该结构易受自然过程和土地管理因素影响的变化。采集了18个底土核心以表征耕作深度以下形成犁底层的土壤物理特性。植被从采样点清除，然后使用 driving dolly 采集250立方厘米 intact 土壤核心。土壤核心在分析前密封并存储在4°C。前三个时间测量（2021年8月—2022年6月）对表土和底土深度都进行了采样。然而，底土物理和水力特性表现出较小的时空变异性。因此，为了增加动态表土的分辨率，所有36个250立方厘米核心用于剩余3到4个时间测量（2022年7月—2023年6月）的表土。此外，在第一次采样活动中，在Tarland采集了36个较小的 intact 土壤核心（5.6(直径)×4(高)厘米/100立方厘米），在Invergowrie采集了30个，以测量土壤水 retention。这些100立方厘米土壤核心在与先前描述的250立方厘米核心相同的位置和表土和底土深度采集。

2.4 土壤物理评估

在分析前，所有 intact 核心被修剪、清洁，并为了保留土壤，细网织物用橡皮筋固定到每个核心的下面。这些准备好的核心然后称重以确定田间土壤湿度含量。250立方厘米土壤核心然后 mesh 侧向下放置在吸力板模块上，用去离子水饱和24小时。一旦饱和，吸力板调整到-5千帕直到水损失停止（约48小时）。在-5千帕水势下，>60微米的孔隙被排水，因此体积水含量可用于估计宏观孔隙度。而且，对于所研究土壤，该水势通常 assumed 代表田间容量。

250立方厘米 intact 核心在宏观孔隙度测量后重新饱和24小时，并使用KSAT设备用恒定水头（5厘米）方法测定每个核心的K_s，然后将每个测量归一化到10°C温度。首先测量宏观孔隙度保留了土壤结构完整性 during 连续测量，增加了准确结果的可能性。K_s评估相对破坏性，因为完全淹没，可能导致土壤侵蚀或 slumping。

容重和总孔隙度通过将土壤核心在105°C烘箱干燥24小时计算，土壤体积和重量对石含量（>2毫米）校正。核心放置在干燥器中完全冷却 before 称重。如果相关，K_s测量期间发生的任何土壤损失被考虑，土壤核心体积为容重计算调整。为计算孔隙度，颗粒密度取为2.65克立方厘米。

土壤水 retention 通过首先饱和100立方厘米土壤核心然后计算以下 matric 势下的体积水含量确定：0, -0.5, -1, -2.5, -5, -10, -25, -50, -100, -300和-1500千帕。结合使用Eijelkamp沙盒（-0.5到-1千帕）、EcoTech Bonn吸力板（-2.5到-50千帕）和压力板容器（-100到-1500千帕）确定体积水含量。土壤核心在每个 matric 势称重，最后烘箱干燥以计算容重和总孔隙度。每个 matric 势的体积水含量通过将水重量除以其密度（1.0）然后除核心体积确定。

2.5 数据分析

水文分析聚焦于描述淹没事件的频率、持续时间和强度，以支持跨TSA区域的土壤退化解释。TSA水位时间序列使用站点特定的深度-体积关系转换为体积估计，该关系源自LiDAR DEM。淹没事件分为两个阈值：活动（≥10%体积）和满（≥50%体积），后者是前者的子集，对应于定义的空间区域。对于每个阈值，计算了2年监测期内的淹没事件数量、平均持续时间和累积持续时间（总淹没天数）。这些指标为解释观察到的土壤物理和水力特性之间的空间区域变化提供了基础，并评估洪水暴露差异是否 contributed 到土壤结构退化。为了进一步表征站点水文，土壤湿度和降雨时间序列也用于描述监测期内的 antecedent 条件、湿度和风暴特征。

采用混合效应模型评估空间和时间对土壤特性的影响，利用R中的nlme包。混合效应模型解释了固定效应（一致和可预测的因素）和随机效应（捕获由于测量之间随机差异导致的变异性）。这种方法非常适合具有分组或层次结构的数据，例如随时间或跨空间区域的重复测量。最初，深度、空间和时间作为固定效应包含在模型中，用于前三个时间测量（2021年8月—2022年6月），当表土和底土数据都可用时。然而，因为底土特性表现出较小的时空变异性，并且仅在这些早期活动中采样（总共6-7次中的3次），模型结构 adjusted 以聚焦表土。在修订模型中，空间和时间作为固定效应处理 across 所有6到7次采样事件。后期活动中增加的表土核心提供了动态表土特性变化的更好代表。使用方差分析（ANOVA）评估固定效应的显著性。

SoilHyP R包用于估计van Genuchten retention曲线模型的土壤水力参数。它使用 shuffled complex evolution 优化方法从观测到的 retention 数据估计未知模型参数。van Genuchten模型参数为每个样本估计，然后按区域和深度总结。通过估计按区域和深度分组的样本的van Genuchten参数创建土壤水 retention曲线。

3 结果

3.1 临时蓄水区淹没事件和田间条件

在整个监测期间，Tarland和Invergowrie TSA主要在秋季和冬季 months 经历淹没。然而，我们观察到两个地点在活动（10%满）和满（>50%满）TSA足迹区域内的淹没事件数量和持续时间方面存在明显差异。在Tarland，缺少2021年10月至2021年12月和2023年3月至2023年6月的TSA体积数据是由于故障记录器和这些期间未收集数据。这可能影响表中总结淹没统计数据的准确性。然而，历史数据表明，Tarland在春季和夏季淹没的可能性较小。

将两个地点的平均年降雨量与监测期间每个水文年（10月至9月）观测到的降雨量进行比较，显示第一个水文年（2022年）在Tarland平均（平均：~800毫米；2022年：878毫米），但在Invergowrie比平均略干（平均：~700毫米；2022年：645毫米）。这对应于Invergowrie没有淹没事件，而Tarland的淹没限于活动区域（10%满）。Tarland的田间观察确定了跨TSA足迹的相对较小的地表流路径和TSA满区域（>50%满）的次要沉积物积累，总体沉积物输入被认为最小。

在第二个水文年（2023年），降雨量超过年平均，Tarland总量为960毫米，Invergowrie为872毫米。从2022年11月到2023年2月，风暴事件导致两个地点的TSA满区域（>50%满）淹没。 notably，2022年11月的一场风暴使两个TSA达到最大存储容量。这发生在日降水在Tarland峰值60毫米和在Invergowrie峰值30毫米之后，导致两个地点10和20厘米深度的较高地表土壤水含量（>0.30立方米每立方米）。TSA满区域的平均淹没持续时间显著短于两个地点的TSA活动区域（10%满）。在2年期间，Tarland的TSA活动区域频繁洪水，累积淹没时间为111天（包括缺少数据），而Invergowrie仅为3天。

3.2 土壤物理和水力特性的时空变化

我们观察到土壤结构（即宏观孔隙度和容重）和水文学（即K_s）随时间和跨不同空间区域的显著变化。这些变化在表土测量中特别明显，揭示了土壤物理和水力特性的显著时空变化。例如，在两个地点检测到所有土壤特性的显著区域效应，表明渗透能力的空间差异随时间变化。

底土测量与表土显著不同，容重增加，宏观孔隙度和K_s在更深深度减少。例如，在两个地点，底土K_s大约比表土K_s小一个数量级。底土对空间或时间变化的响应整体较弱，尽管在两个地点仍然观察到容重和宏观孔隙度的一些显著区域效应。

在两个地点耕作后观察到土壤物理和水力特性的显著时间变化。在Tarland，2021年9月的常规耕作导致耕地土壤的表土结构和 hydrology 显著改善 compared 其他时间测量。2022年11月，在Invergowrie观察到类似效应，当比较 established 黑醋栗和 freshly 耕作新黑醋栗之间的田间区域土壤时，平均宏观孔隙度值分别为0.08和0.23立方米每立方米。然而，2023年5月Invergowrie新黑醋栗边际的 harrowing 没有产生与常规耕作相同的均质化效应，留下明显的土壤物理特性空间差异。例如，TSA活动区域的平均值为容重1.16克每立方厘米，宏观孔隙度0.02立方米每立方米，K_s为3.3e^-6±1.7e^-6米每秒，而田间区域为容重0.98克每立方厘米，宏观孔隙度0.22立方米每立方米，K_s为1.9e^-4±3.6e^-4米每秒。这些趋势与两个地点表土特性的显著区域:日期相互作用一致。

洪水后也观察到显著的时间和空间差异，特别是在植被覆盖低的土壤中。在Tarland，土壤结构退化在TSA活动和满耕地区域淹没后最明显。例如，TSA活动耕地区域的平均宏观孔隙度从2021年9月的0.16退化到2022年3月的0.07立方米每立方米。类似地，在Invergowrie， established 黑醋栗土地利用在TSA满区域内的平均容重从2022年9月（收获后）的1.28增加到2022年11月（洪水后）的1.55克每立方厘米。在两个地点，表土K_s是时间响应最敏感的土壤参数，在Tarland和Invergowrie都有高度显著的日期效应。洪水还导致TSA足迹内耕地土壤和未淹没田间土壤之间的显著空间差异，如跨多个土壤特性的区域:日期相互作用所反映。例如，在Tarland2022年11月洪水后，TSA活动耕地区域的平均K_s值为6.1e^-5±1.6e^-4米每秒，而田间为1.8e^-4±1.3e^-4米每秒。同样，在2022年11月在Invergowrie，新黑醋栗土地利用的K_s值为TSA活动耕地区域9.8e^-5±1.6e^-4米每秒，而田间为2.6e^-4±4.2e^-4米每秒。

两个地点的田间观察显示洪水后TSA足迹内有一些沉积物沉积，尽管土壤侵蚀和沉积的程度通常有限，表明相对稳定的土壤条件。在Invergowrie，2022年11月的强降雨和 freshly 耕作裸露土壤（新黑醋栗）的存在导致更细的侵蚀颗粒沉积更靠近坝在TSA活动区域，而更粗的沉积物积累在TSA满区域边缘。在Tarland，2022年11月洪水后TSA活动草地区域内观察到宏观孔隙度下降，而容重显示较小时间变化。2023年5月在Invergowrie，宏观孔隙度类似地受到影响 for 两个黑醋栗土地用途，明显的区域差异 evident。在2年土壤监测期间，发现沉积物对两个地点的总TSA水存储容量影响最小，尽管局部土壤物理和水力特性变化更明显。

3.3 土壤水保持

尽管耕作有创建表土相似孔隙结构的 intended 目的，但2021年9月Tarland耕作后，不同TSA区域之间的土壤水保持空间变化。表土测量显示，TSA满区域通常表现出较低的土壤水保持，特别是在更负的 matric 势下。在萎蔫点，表土测量的空间变异性较小。底土测量显示更明显的差异，活动草地区域在所有 matric 势下显示更大的土壤水含量，而底土TSA满区域再次表现出较差的土壤水保持 compared 其他区域。

在Invergowrie，2021年8月（收获后）在表土和底土深度都没有观察到TSA区域之间土壤水保持的显著空间差异。例如，田间容量土壤水含量在所有区域相似。此外，底土TSA满区域在萎蔫点表现出更高的土壤水含量 compared 其他区域。

4 讨论

4.1 影响土壤物理和水力特性时空变化的因素

淹没和次要沉积物可能是两个地点土壤结构退化的主要驱动因素，导致TSA足迹淹没区域与周围田间之间的显著时空差异。两个地点表土容重、宏观孔隙度和K_s的显著区域:日期相互作用确认，渗透能力跨空间和时间波动，响应洪水和土地管理。先前研究表明，重复积水由于土壤结构 coalescence 和沉积物创建较少渗透表面层而减少土壤渗透速率。Invergowrie坝第一年土壤采样期间没有洪水和缺乏时间或空间差异进一步突出了淹没和沉积物可能对土壤结构和水力特性产生的显著影响。然而，冬季之前和之后的耕作可能减轻了该期间任何潜在的土壤物理特性时空变化。

在淹没的TSA足迹区域和未淹没的田间区域之间观察到土壤物理和水力特性的空间变异性，特别是在裸露耕地表土中明显，底土中效应较弱。其他研究也报告了类似的空间差异。例如，在新西兰的一个小型农业流域，田间环渗透仪测量发现TSA足迹内的土壤表现出平均渗透速率5.3e^-6±3.9e^-6米每秒，而TSA足迹外为1e^-5±4.2e^-6米每秒。新西兰和其他先前研究通常仅关注土壤渗透和K_s，有时补充容重数据。然而，我们的结果突出了评估宏观孔隙度的附加价值，以更好地理解 underlying 结构控制对渗透。

在两个地点，表土K_s是时间响应最敏感的参数，反映了对洪水和土地管理引起