中国喀斯特地区土壤湿度研究取得新进展

 中国喀斯特地区成土速率慢，土壤持水能力差，植被覆盖率低，常发生临时性干旱，土壤湿度成为喀斯特地区生态恢复与建设的限制性因素。 然而，现有研究成果多聚焦于喀斯特地区土壤湿度的空间特征和水文过程，少数关于喀斯特地区土壤湿度变化趋势方面的工作主要在坡面尺度、小流域尺度开展，以上导致了中国喀斯特地区土壤湿度的动态变化及独特性缺乏宏观研究。中科院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室王世杰研究员领导的研究团队白晓永小组，以中国裸露型喀斯特为研究区（图1），在土壤湿度方面研究取得新进展。 

　　图1 中国裸露型喀斯特和土壤湿度实测站点的分布 

 综合利用站点实测数据、再分析资料和遥感数据，采用趋势分析和敏感性分析等方法得到以下研究结果： 

 （1）实测数据和再分析资料表明中国喀斯特地区不同深度（0-7、7-28、28-100cm）的土壤均以变干趋势为主导（图2）。 

 （2）南方喀斯特地区的土壤湿度最大，但变干速率最快；北方喀斯特地区土壤湿度低于整个喀斯特地区平均水平且减少速率快于喀斯特地区平均水平；青藏高原喀斯特地区在0-7cm存在58%以上土壤变湿区域，且随着深度增加，变湿区域和速率均增加。 

 （3）与气温和植被相比，喀斯特地区不同深度的土壤湿度变化主要受降水主导。其中，青藏高原喀斯特地区土壤湿度增加主要受降水增加的正向影响。 

 （4）在青藏高原和中国南方地区，部分气候区的植被覆盖度较低（NDVI≤0.3）时，喀斯特地区土壤湿度总体上高于非喀斯特地区（图3），该特征可能是岩石出露对降水再分配作用在宏观上的反应。以上表明，气候、植被及地质背景使得喀斯特地区土壤湿度时空分布存在明显的区域差异，而近几十年的干化趋势及全球的气候变化背景不利于喀斯特地区的生态恢复。 

　　图2 中国喀斯特地区及其分区不同深度土壤湿度的变化趋势及区域均值统计。图中K、SK、NK、QK分别代表中国喀斯特地区、中国南方喀斯特地区、中国北方喀斯特地区、青藏高原喀斯特分区。 

　　图3 中国植被NDVI的等级划分（a），中国南方岩石露头对雨水的重分配作用示意图（b）以及在中国青藏高原地区及南方地区喀与非喀的多年平均土壤湿度在不同气候分区的植被覆盖等级下的差异（c）。 

 本研究可为脆弱的喀斯特地区生态环境修复和农业水资源利用提供科学依据，相关成果发表在1区top国际学术期刊《Journal of Hydrology》上。 研究得到了国家重点研发计划（No. 2016YFC0502300 & No. 2016YFC0502102），中国科学院A类战略性先导科技专项美丽中国生态文明建设科技工程重大课题（No. XDA23060100），喀斯特中心联合基金（No. U1612441）等项目的联合资助。 

 论文链接： 

　　“Spatiotemporal dynamics of soil moisture in the karst areas of China based on reanalysis and observations data (https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2020.124744)” 

（王世杰课题组/供稿）