粗粒石英颗粒降低山脊侵蚀的机制：花岗岩风化壳巨厚成因解析

针对花岗岩风化壳厚度与山脊侵蚀关系的科学盲区，中国科学院团队通过量化典型区域（广东五华县、梅县）粗粒石英颗粒（>5 mm）的富集系数与溅蚀速率，建立山脊侵蚀模型。研究发现富集粗粒石英的山脊年均侵蚀厚度（1.31-1.57 mm）显著低于无富集区域（5.56 mm），揭示其通过抑制溅蚀维持风化壳稳定的机制，为流域治理提供新思路。

　　

花岗岩作为大陆地壳的重要组成，在湿热气候区常形成厚度达40-100米的风化壳，但其巨厚成因长期存在争议。传统研究多聚焦坡面侵蚀，而作为风化壳最厚部位的山脊却因侵蚀隐蔽、观测困难成为研究空白。更矛盾的是，山脊既是流域最高点又常被视为"无侵蚀带"，但其侵蚀速率实则直接控制风化壳厚度与地形稳定性。这一认知缺口阻碍了对花岗岩地貌演化的系统理解。

为破解这一难题，广东省科学院生态环境与土壤研究所团队选取广东五华县和梅县典型花岗岩风化壳，创新性地以粗粒石英颗粒（>5 mm）为研究靶点。这些颗粒因抗溅蚀性强（溅蚀量最低）、富集系数最高（富集系数反映颗粒在表层的聚集程度），成为重建历史侵蚀的关键档案。通过野外调查与室内模拟结合，团队首次量化了粗粒石英的溅蚀速率与风化速率，并构建山脊侵蚀估算模型。

研究采用三大关键技术：1）基于富集系数的颗粒筛选法（从天然风化壳表层提取>5 mm石英颗粒）；2）自然条件下溅蚀-风化双速率同步测定（模拟降雨实验与风化速率观测）；3）多情景山脊侵蚀模型（含植被覆盖、根系暴露高度等参数）。样本来源于8个标准样方（五华县4个、梅县4个）的表层沉积物。

【结果】

1. 粗粒石英颗粒的侵蚀抑制效应
   实验显示>5 mm石英颗粒具有最小溅蚀量（比<0.4 mm颗粒降低90%以上）和最大富集系数（表层含量达52-67%）。在五华县马尾松林中，无粗粒石英富集的山脊侵蚀强度（5.56 mm/年）是有富集区域（0.73 mm/年）的7.62倍。

2. 山脊侵蚀模型估算
   模型计算得出：富集粗粒石英的山脊年均侵蚀厚度为1.31-1.57 mm，显著低于无富集但植被条件相同的山脊（5.56 mm）。8个样方的具体值为1.57、0.36、0.64、1.20、1.30、1.21、1.55和1.18 mm，呈现明显的地理差异。

3. 植被-颗粒协同防护
   三种覆盖情景（马尾松纯林、混交林、无林）对比表明，粗粒石英与植被存在协同效应：混交林+石英富集组合的侵蚀抑制效果最佳，年均侵蚀厚度仅0.36 mm。

【结论与意义】
该研究首次揭示粗粒石英颗粒通过"物理装甲"机制（Physical armoring）降低山脊溅蚀，是花岗岩风化壳得以保持巨厚的关键。Yishan Liao团队提出的侵蚀模型将传统定性认知推进至定量阶段，其创新性体现在：1）确立粗粒石英作为侵蚀强度指示剂的功能；2）证实山脊侵蚀对整体风化壳厚度的控制作用；3）为花岗岩区水土保持提供低成本解决方案（利用天然石英颗粒的防护特性）。

论文发表于《CATENA》的讨论部分强调，该发现对理解长期地貌演化具有双重价值：科学层面，解释了花岗岩风化壳在强侵蚀环境下仍能保持稳定的内在机制；应用层面，建议在生态修复中优先保护表层粗粒石英层。研究同时指出，未来需结合同位素测年技术（如¹⁰Be）进一步验证模型的长期适用性。