土壤大孔隙对土壤水分、养分、化学物质及污染物的运移起到关键作用。石砾分布对土壤水分运移产生一定影响。探究不同林地条件土壤大孔隙与石砾特征及其对土壤水分的影响,为区域林木合理配置及水资源评价与管理提供参考,为林区土壤水运动机理、农业灌溉与节水、土壤及地下水污染评估、地质灾害防治等相关研究奠定理论基础,为指导区域生态环境建设与恢复提供科学支撑。本研究以北京市密云县密云水库周边的6种当地典型林地土壤为研究对象,利用CT扫描及图像处理技术获取土壤中大孔隙及石砾的三维可视图像及空间特征参数;利用定水头法及烘干法分别测定土壤饱和导水率及含水率,并对原状土柱进行水分入渗试验,得到此地区不同典型林木群落土壤基本理化性质、根长密度、大孔隙及石砾空间特征以及土壤水文特征,分析了不同林地土壤大孔隙及石砾特征分布规律及差异,探究了土壤大孔隙及石砾的共存关系及其影响因素,量化分析了土壤大孔隙与石砾对土壤水分的影响。结果表明:(1)利用工业CT扫描及图像处理技术,可以构建原状土柱中大孔隙及石砾的三维结构图像,基于三维图像进行进一步的计算可以得到大孔隙及石砾的诸多三维结构参数,包括大孔隙数量、大孔隙直径、大孔隙体积、大孔隙表面积、大孔隙平均迂曲度、大孔隙平均角度等,以及石砾体积、石砾直径、石砾表面积、石砾数量等。工业CT扫描结合图像处理技术为探讨土壤中大孔隙及石砾三维分布提供了一个更好的方法。(2)不同林木群落类型土壤的大孔隙空间结构特征具有显著差异。相对于纯林,混交林土壤具有更大的大孔隙体积密度、数量密度、表面积密度、直线长度密度以及更小的大孔隙平均迂曲度,证明混交林土壤的大孔隙发育更好,其不仅拥有更多含量的大孔隙,且其大孔隙弯曲程度更差,更利于土壤水分的运移。混交林与纯林的大孔隙特征的差异在表层土壤更为显著。在6种林地土壤中,大孔隙数量、大孔隙表面积、大孔隙体积、大孔隙平均孔径均表现为随着土壤深度的增加而减小,证明林地表层土壤大孔隙发育好于深层土壤。不同林地土壤的石砾特征差异不显著。林地土壤表层(0～1Ocm)石砾含量最少,石砾体积、表面积表现为随着土壤的深入而升高,石砾平均粒径随着土壤的深入先减小后增大。(3)研究区林地表层土壤(0～10cm)大孔隙数量与石砾数量、大孔隙体积与石砾体积、大孔隙表面积与石砾表面积呈现显著负相关关系,但随着土壤的深入其相关性随之减弱。石砾体积密度与大孔隙平均倾斜角度呈现显著负相关,石砾体积密度、石砾表面积密度与大孔隙平均迂曲度呈显著正相关关系,可见土壤中石砾体积含量越多,大孔隙越倾斜、也越弯曲。土壤有机质、根长密度与大孔隙体积密度、大孔隙表面积密度、大孔隙数量密度呈现显著正相关关系,与大孔隙平均迂曲度、石砾体积密度、石砾表面积密度呈现显著负相关关系。土壤根长密度及有机质含量是大孔隙的主要影响因素,石砾通过影响有机质的聚集以及根系的活动从而对大孔隙特征产生间接影响。(4)6种林地类型原状土柱水分入渗实验发现,六种林地原状土柱水分初渗时间及稳渗时间均没有显著差异。混交林地表层土壤饱和导水率要大于纯林土壤,但随着土层的深入这种差异也随之减小。研究区林地饱和导水率表现出随着土壤的深入而减小的规律,而这种规律在混交林地更为显著。土壤含水率在不同林地的差异不显著。土壤饱和导水率与土壤石砾表面积密度、石砾体积密度、大孔隙平均迂曲度呈现显著负相关关系,与大孔隙数量密度、大孔隙表面积密度、大孔隙体积密度呈现显著正相关关系,孔径>3mm的大孔隙对土壤饱和导水率的影响最大。大孔隙与石砾结构共同决定了土壤水分入渗能力,其中大孔隙体积密度、大孔隙表面积密度、石砾体积密度、石砾表面积密度是最主要影响因子,大孔隙会增大土壤有效过水断面及入渗路径从而对入渗产生积极影响,石砾不仅会减小土壤有效过水断面及入渗路径直接影响水分入渗,也会通过增大大孔隙迂曲度,即增大了水分入渗路径复杂程度从而间接影响入渗速率。相对于石砾空间结构特征,大孔隙特征对土壤水分入渗的影响更大。土壤含水率与大孔隙表面积密度呈现显著正相关关系,证明大孔隙表面积越大越有利于土壤持水。其他大孔隙与石砾特征不会对土壤含水率造成影响,但大孔隙与石砾对土壤含水率的影响在不同林地间具有差异性。