火灾后根系腐烂诱导的土壤大孔隙对边坡稳定性的影响：一种分析异质边坡稳定性的新方法

针对火灾后植物根系腐烂导致土壤大孔隙分布变化及其对边坡稳定性的影响问题，研究人员通过细菌丰度、根系分布和大孔隙特征分析，结合数值模拟，揭示了极端降雨条件下大孔隙加速水压传播的机制，提出了耦合土壤大孔隙空间异质性的边坡稳定性数值模型，为火灾后植被边坡水文与稳定性研究提供了新方法。

　　

森林火灾后，植物根系腐烂会形成土壤大孔隙，这些孔隙如何影响边坡的水文过程和稳定性？这一问题在极端降雨条件下尤为关键，但现有研究多聚焦根系力学强化作用，忽视了大孔隙的时空分布及其水文效应。传统边坡预警系统因忽略大孔隙的优先流效应，常低估强降雨下的滑坡风险。为此，重庆的研究团队以缙云山火灾迹地为研究对象，通过为期一年的野外监测与数值模拟，揭示了火灾后大孔隙动态变化对边坡稳定性的双重作用机制。

研究团队采用染料示踪实验结合图像分析量化大孔隙分布，通过16S rRNA基因测序监测细菌群落变化，并建立基于Poiseuille方程的孔隙-渗透率关系模型。利用COMSOL Multiphysics软件构建耦合大孔隙异质性的边坡水文-力学模型，采用点安全系数法评估不同时间点的稳定性。

微生物活动驱动根系动态方面，研究发现优势菌门（放线菌门Actinobacteriota、变形菌门Proteobacteria和酸杆菌门Acidobacteriota）的相对丰度与细根（0.5-1 mm）数量显著相关（R²>0.8）。放线菌门促进细根分解，其相对丰度在火灾后6个月达44%，导致同期细根数量减少41%。

土壤水力特性变化显示，染色区域饱和导水率（K_s）随大孔隙度增加呈非线性增长，拟合方程R²=0.985。火灾后12个月，0-0.3 m土层大孔隙度较灾后1周增加2.12倍，饱和导水率提升2.64倍。

边坡稳定性模拟表明，在80 mm/d×4 d极端降雨下，大孔隙呈现双重效应：初期（1.8 d内）加速浅层水压传播，灾后12个月监测点安全系数（FS）较灾后1周降低8.68%；后期则增强排水能力，最终FS反超2.81%。潜在破坏深度（Z_f）随大孔隙发展从灾后1周的0.36 m减至12个月的0 m。

该研究创新性地将大孔隙空间异质性纳入边坡稳定性分析，相比传统双渗透模型，新方法能更准确捕捉优先流路径导致的非线性渗流特征。研究证实火灾后1年内是浅层滑坡高风险期，尤其需关注降雨初期大孔隙的促滑作用。建立的孔隙度-渗透率关系模型为异质边坡数值模拟提供了新范式，对完善山地灾害预警系统具有重要实践价值。成果发表于《International Soil and Water Conservation Research》，为理解植被-土壤-水文耦合机制提供了关键科学依据。