Differences in Rock-Soil Structural Characteristics Across Different Geomorphic Positions in Small Watersheds of Peak-Cluster Depressions

Cai Xianxiong; Fu Zhiyong; Xu Qinxue; Li Ke

doi:10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.020

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Differences in Rock-Soil Structural Characteristics Across Different Geomorphic Positions in Small Watersheds of Peak-Cluster Depressions

\"Special Issue on Rocky Desertification Control and Ecological Restoration\" | 更新时间：2026-09-10

- Differences in Rock-Soil Structural Characteristics Across Different Geomorphic Positions in Small Watersheds of Peak-Cluster Depressions
- Journal of Soil and Water Conservation Vol. 40, Issue 4, Pages: 46-55(2026)
- 作者机构：
  
  1.桂林理工大学广西岩土力学与工程重点实验室，广西桂林 541004
  2.中国科学院亚热带农业;生态研究所，长沙 410125
  3.中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站，广西;环江 547100
  4.桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541006
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.020
  CLC： S152.2
- CSTR：32310.14.stbcxb.2026.04.020
- Received：03 January 2026，
  
  Revised：2026-02-06，
  
  Accepted：20 March 2026，
  
  Online First：14 April 2026，
  
  Published：28 August 2026
- 稿件说明：
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蔡显雄，付智勇，徐勤学，等.峰丛洼地小流域不同地貌部位岩土结构特征差异［J］.水土保持学报，2026，40（4）：46-55.

Cai Xianxiong， Fu Zhiyong， Xu Qinxue， et al. Differences in rock-soil structural characteristics across different geomorphic positions in small watersheds of peak-cluster depressions［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2026， 40（4）：46-55.
蔡显雄，付智勇，徐勤学，等.峰丛洼地小流域不同地貌部位岩土结构特征差异［J］.水土保持学报，2026，40（4）：46-55. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.020. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.04.020.

Cai Xianxiong， Fu Zhiyong， Xu Qinxue， et al. Differences in rock-soil structural characteristics across different geomorphic positions in small watersheds of peak-cluster depressions［J］. Journal of Soil and Water Conservation， 2026， 40（4）：46-55. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.04.020. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.04.020.

摘要

目的

探明上覆土壤与下伏基岩强风化层间的共同发育关系，为喀斯特区地下岩土结构的定量预测提供基础数据支撑。

方法

在广西环江木连小流域利用智能摄影技术以3 m高标准水准尺为对照，调查上坡、中坡、下坡和洼地4个不同地貌部位各17条5 m宽岩土剖面共68条。通过AutoCAD图像刻画与ArcGIS-Fragstats对图像矢量化处理获取土岩剖面等效厚度（

）、斑块数量（NP）、斑块形状指数SHAPE、等效厚度周长比PTR、斑块分形维数FRAC、厚度变异系数CV等结构指标进行比较。

结果

1）土壤层与基岩强风化层等效厚度由上坡向洼地不均匀递增，上坡土层厚度

25 cm，洼地基岩强风化层厚度在110~250 cm。2）中坡斑块数量（NP

4）及形状指数显著高于其他坡位，呈现破碎的岩土交错镶嵌特征，乔灌木植被数量、根系最大深度与土壤及基岩强风化层厚度特征显著正相关（

=0.86，

=0.65），且增加木本植被能有效降低土壤厚度的空间变异。3）线性模型显示，基岩强风化层厚度约为土壤层的69%，可通过地表易测指标（

，Sd）有效预测地下隐蔽结构的复杂特征。

结论

岩土剖面尺度的量化研究揭示不同地貌部位的结构特征差异，为喀斯特生态修复中的地貌部位分区精准治理提供科学依据。

Abstract

Objective

This study aims to investigate the co-developmental relationship between the overlying soil and the underlying strongly weathered bedrock layer， thereby providing fundamental data for the quantitative prediction of subsurface rock-soil structures in karst areas.

Methods

In the Mulian small watershed of Huanjiang， Guangxi， intelligent photogrammetry technology was employed， using a 3 m high standard leveling staff as a reference， to investigate 68 rock-soil profiles， each 5 m in width， across four different geomorphic positions： upper slope， middle slope， lower slope， and dep

ression （17 profiles per position）. Through image characterization in AutoCAD and vectorization processing using ArcGIS-Fragstats， structural indicators of the rock-soil profiles were obtained and compared， including equivalent thickness （

）， number of patches （NP）， shape index （SHAPE）， perimeter-to-thickness ratio （PTR）， fractal dimension （FRAC）， and coefficient of variation of thickness （CV）.

Results

1） The equivalent thickness of the soil layer and the strongly weathered bedrock layer increased non-uniformly from the upper slope to the depression. The soil thickness on the upper slope was less than 25 cm， while the thickness of the strongly weathered bedrock layer in the depression ranged from 110 cm to 250 cm. 2） The number of patches （NP

4） and the shape index （SHAPE） on the middle slope were significantly higher than those at other slope positions， exhibiting fragmented and interlocked rock-soil mosaic characteristics. The number of trees and shrubs and the maximum root depth were significantly positively correlated with the thickness of the soil and the strongly weathered bedrock layer （

=0.86，

=0.65）， and increasing woody vegetation effectively reduced the spatial variability of soil thickness. 3） A linear model indicated that the thickness of the strongly weathered bedrock layer was approximately 69% of the soil layer thickness. The complex characteristics of the concealed subsurface structure could be effectively predicted through easily measurable surface indicators， such as soil thickness （

） and woody stem density （Sd）.

Conclusion

Quantitative research at the rock-soil profile scale reveals differences in structural characteristics among various geomorphic positions， providing a scientific basis for precise zonal management of geomorphic positions in karst ecological restoration.

关键词

Keywords

references

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