岩面流驱动下石漠化坡地多路径径流侵蚀过程揭示及其对喀斯特地区土壤流失的机制研究

本研究发现喀斯特石漠化（KRD）坡地中，岩面流（RSF）通过冲刷作用主导了多路径（地表、岩土界面RSI和地下孔隙UG）的土壤侵蚀过程。研究揭示RSF主要转化为RSI流和UG流（UG > RSI > 地表），导致显著的地下土壤流失（RSI和UG分别贡献总流失量的44.4%和44.1%）。岩面倾角（IRS）和RSF流量（RSFfv）是影响侵蚀产沙的关键因素。该研究为理解喀斯特地区复杂岩土结构下的水土流失机制提供了新视角，对完善土壤侵蚀预测模型具有重要意义。

　　

Highlight

Runoff transformation process and output of rock–soil structures under RSF scouring

岩土结构在岩面流（RSF）冲刷作用下的径流转化过程与输出机制

岩土结构内部的径流转化过程是一个复杂而关键的水文机制，尤其在以基岩广泛出露为特征的石漠化坡地上（Cen等，2024；Zeng等，2024）。本研究中，RSF主要转化为岩土界面流（RSI flow）和地下孔隙流（UG flow），径流量分布表现为：UG > RSI > 地表。这一发现与以往喀斯特水文研究一致，这些研究报道称喀斯特系统中的地表水会迅速转入地下通道（Bonacci等，2009；Ford和Williams，2013）。值得注意的是，RSI和UG流不仅是径流转移的主要路径，还是导致土壤流失的关键通道——它们共同贡献了总土壤流失量的88%以上！这凸显了在评估喀斯特地区土壤侵蚀时，考虑地下过程至关重要。

Conclusions

研究结论

利用包含出露岩面、未出露RSI和原状RSI土壤的模拟岩土结构装置，我们对岩土界面（RSI）的原状土壤进行了岩面流（RSF）冲刷实验。我们发现，RSF主要转化为RSI流和地下孔隙（UG）流，仅观察到极少量的地表径流。值得注意的是，当RSF流量（RSFfv）达到1 L·min?1时才开始产生地表径流，表明该值可能代表了此类岩土结构产生地表径流的临界阈值。RSI和UG流是导致地下土壤泄漏的主要机制，其中RSI是持续稳定土壤流失的关键通道。RSI的产沙量与产流量呈显著正线性相关（p < 0.05）。RSF流量（RSFfv）与地表、RSI和UG路径的产沙量均呈显著正相关（p < 0.05），而岩面倾角（IRS）则显示出不显著的正相关趋势。这些发现为了解基岩广泛出露的石漠化坡地土壤侵蚀过程提供了新见解。将RSF诱导的侵蚀纳入土壤侵蚀预测模型，将提高其在喀斯特石漠化（KRD）地区的准确性和可靠性。