喀斯特地区基岩出露对土壤侵蚀过程的季节性影响及稀土元素示踪研究

针对喀斯特地区基岩出露对土壤侵蚀机制的影响不明问题，贵州大学团队通过模拟实验结合稀土元素(REE)示踪技术，揭示了基岩对坡面泥沙迁移的阻碍作用及季节性差异。研究发现，雨季侵蚀强度显著高于旱季，基岩导致REE浓度突变并改变沉积空间格局，为喀斯特水土保持提供了科学依据。

　　

喀斯特地区以其独特的"二元三维"地质结构和脆弱的生态环境闻名全球，占地球陆地面积的15%。这些区域广泛分布的基岩出露不仅改变了地表径流路径，还通过影响降雨-径流-泥沙的再分配过程，使土壤侵蚀机制显著区别于非喀斯特地区。然而，传统研究方法难以捕捉基岩影响下复杂的侵蚀过程，尤其是季节性差异和空间异质性。这一认知空白严重制约了喀斯特地区石漠化治理和生态恢复策略的制定。

为破解这一难题，贵州大学的研究团队创新性地将野外调查、控制实验与稀土元素(REE)示踪技术相结合，在贵州省长顺县开展系统性研究。通过无人机航测获取基岩形态参数，设计不同长宽比(1:1和2:1)和空间分布模式(均匀型、中心型、聚集型)的基岩模型，利用Nd₂O₃、Dy₂O₃等四种REE氧化物标记坡面不同区段，结合ICP-MS检测和克里金空间插值分析，首次实现了对基岩影响下泥沙迁移路径的可视化追踪。

泥沙迁移模式的季节性特征
REE浓度随距离增加呈递减趋势，雨季平均浓度(23.13%)显著低于旱季(28.33%)，证实降雨冲刷会加剧泥沙迁移。基岩附近出现浓度突变点，如雨季在距坡顶136cm处出现二次突变，揭示基岩对泥沙的物理阻滞作用。

沉积物再分布的空间格局
基岩导致REE浓度在其迎水面骤降50%以上，形成明显的"拦截带"。聚集型分布基岩(R组)在下坡位形成的拦截效应最强，使侵蚀区平均侵蚀量达12.68 kg/m²，显著改变"右蚀左积"的空间格局。

土壤侵蚀的时空分异规律
雨季侵蚀量占全年96.1%，其侵蚀强度(-15.87至-1.26 kg/m²)是旱季的5.09倍。基岩形态影响显著：长宽比1:1的K组比2:1的L组减少径流28.6%，表明宽型基岩更利于水土保持。

这项发表于《International Soil and Water Conservation Research》的研究，首次通过REE示踪技术量化了喀斯特基岩对侵蚀过程的双重影响：既通过形成拦截带减轻侵蚀，又因改变水流路径加剧局部冲刷。该成果为喀斯特地区水土保持工程的设计提供了关键参数——建议优先保护下坡位聚集型基岩区，并在雨季加强监测。未来研究可进一步结合¹³⁷Cs同位素示踪，深入解析基岩嵌入深度与侵蚀强度的定量关系，为全球喀斯特生态治理贡献中国方案。