喀斯特区出露基岩对土壤水分入渗过程的影响

摘要

[目的]碳酸盐岩强烈的可溶蚀性导致喀斯特地貌土壤和基岩在空间上镶嵌分布，基岩出露地表现象普遍存在，但其对水文过程的影响机制仍不明晰，为探明出露基岩对土壤水分入渗的影响。[方法]以距离岩石20 cm（岩脚）和100 cm（非岩脚）土壤为研究对象，通过单环入渗法测定出露基岩不同距离的土壤入渗速率，并采用亮蓝染色示踪试验探讨优先流特征。[结果]非岩脚土壤毛管孔隙度、有机质质量分数显著高于岩脚土壤（p<0.05），而土壤体积质量则显著偏小（p<0.05）；非岩脚土壤的入渗特征参数（初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率）均比岩脚土壤高。随距离出露基岩变远，染色区域面积和优先流路径呈增加趋势，表明非岩脚土壤的水分入渗能力和优先流发生频率均强于岩脚土壤。岩面粗糙度是影响土壤水分入渗过程的重要因子，土壤入渗速率随岩面粗糙度的增加而增大，且岩面粗糙度与土壤入渗特征指标均呈极显著正相关（p<0.01）。基岩出露影响土壤水分入渗过程的最优拟合模型为Kostiakov模型（R²=0.89），其次为Horton模型（R²=0.80），最差为Philip模型（R²=0.72）。[结论]研究结果明确出露基岩对喀斯特土壤入渗特征的影响，并强调岩面粗糙度的控制作用。

关键词

喀斯特 / 出露基岩 / 入渗特征 / 入渗模型