喀斯特地貌中土岩界面结构对水分入渗速率的定量调控机制及其生态水文意义

针对喀斯特地貌水文过程调控机制不清的问题，研究人员通过原位入渗试验和染色示踪技术，定量解析了土岩界面(SR)对水分入渗的促进作用。结果表明SR区域饱和导水率(Ksat)提升33%，界面裂隙贡献60.5%的总入渗量，为喀斯特区植被恢复与水土保持提供理论依据。

　　

喀斯特地貌以其独特的"土在石上生，水往地下流"的水文特征闻名，这种特殊的地质结构导致地表水资源匮乏与地下水污染风险并存。岩溶区破碎的景观格局中，裸露的岩石与土壤形成复杂的界面结构，传统研究多关注岩石裂隙的导水作用，却忽视了土岩接触面这一"生态水文枢纽"的关键价值。更棘手的是，现有模型难以量化界面结构对入渗过程的贡献，导致喀斯特区水资源评估与生态恢复缺乏精准的理论支撑。

云南大学开元生态观测站的研究团队在《Geoderma》发表的研究，创新性地采用半环入渗仪与荧光染色示踪联用技术，首次定量揭示了土岩界面(SR)作为优先流路径的调控机制。通过对比距岩石不同距离土壤(S与SR处理)的物理性质差异，结合40cm宽界面带的原位监测，构建了界面入渗贡献的分解模型。

关键技术方法

研究选取中国西南典型喀斯特区(海拔2490m)为试验场，采集0-100cm土层样本测定容重(BD)、孔隙度(TP/CP/MP)和K_sat等参数。自主研发的半环入渗仪(直径40cm)实现界面水流监测，配合荧光素钠染色可视化优先流路径，通过图像处理量化各通道贡献率。

主要研究结果

3.1 土岩界面土壤特性变异

SR处理土壤呈现"低密高孔"特征：平均容重(0.86 g cm^-3)显著低于S处理(0.96 g cm^-3)，总孔隙度(TP)提升6%，大孔隙度(MP)增加25%。界面区土壤有机质(SOM)含量达84.50 g kg^-1，较远离区域高47%，形成"肥力岛"效应。

3.2 原位入渗特征

SR处理的入渗速率(2.4 mm min^-1)是S处理的5.7倍，70cm深处仍保持2.9 mm min^-1的优势。染色实验显示，界面流可穿透1m以上土层，形成连续密集的荧光带，而S处理仅达20cm。

3.3 界面贡献量化

构建的分解模型表明：土岩间隙贡献60.5%总入渗量，邻近松散土壤占19.5%，远离岩石的土壤仅占20%。随着深度增加，岩石-土壤间隙的主导作用愈发显著。

讨论与意义

该研究揭示了岩石通过三重机制调控水文过程：物理上阻碍土壤压实维持孔隙结构；生物上促进根系沿界面生长形成生物通道；化学上通过风化释放养分塑造"界面微域"。这种"岩-土-生"耦合效应使SR区域成为喀斯特水文循环的"加速器"，其80%的入渗优势主要源于界面裂隙(76%)与松散土壤(24%)的协同作用。

实践层面，研究成果为喀斯特区"近岩种植"模式提供科学依据——农作物在距岩石30cm范围内可获得2.4倍的水分供给。同时提示生态修复应重点保护界面结构，避免机械耕作破坏优先流网络。理论层面，建立的界面流定量模型为完善喀斯特水文模型提供关键参数，破解了传统方法对裂隙流与基质流贡献的混淆难题。

这项研究不仅深化了对喀斯特区"岩控水文"现象的认识，更开创了"界面水文生态学"的新视角。未来研究可拓展至不同岩性、坡度条件下的界面流变异规律，为全球岩溶区的水-粮-生态协同发展提供普适性方案。