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喀斯特碳酸鹽巖在垂直方向上經過強烈的溶蝕作用，使得降水通過巖石的裂隙分散入滲，形成以峰叢為主的巖溶地貌。巖溶作用使得喀斯特坡面土層淺薄，持水能力較差，加之沿坡發生土壤侵蝕，導致自下而上的巖土結構、水分過程存在很大異質性，從而造成了濕潤氣候條件下特殊的巖溶干旱現象。
缺水少土的惡劣生態環境使得生態恢復工程開展近30年后，自然植被群落仍處于演替初期階段。已有研究表明，喀斯特植物蒸騰平均水齡極短。但坡面關鍵帶的水分變化如何影響植物蒸騰作用和水分適應性，需深入分析群落建群種在坡面的吸水來源與蒸騰過程，明確植物沿坡面水分利用模式，評估植被恢復可持續性。
針對上述問題，中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員陳洪松課題組依托環江喀斯特生態系統觀測研究站喀斯特關鍵帶平臺，設置上坡和下坡兩個樣地（海拔高差約70米，水平距離約100米）。團隊選擇典型的演替初期群落建群種鹽膚木為研究對象，其屬于演替先鋒樹種，沿坡面分布廣泛，是長期適應喀斯特環境的鄉土樹種的代表。
團隊前期野外調查發現，鹽膚木根系在0至40厘米土壤深度內以橫向伸展為主，最長橫向伸展長度達3.5米，相近樹齡的上坡鹽膚木樹高和胸徑顯著低于下坡。本研究監測了完整生長季內0至300厘米土壤-表層巖溶帶水分和氣象因子，分析鹽膚木水分來源和蒸騰速率，并探究沿坡蒸騰對大氣蒸發力和水分供應響應機制。
研究結果發現，上坡的土壤-表層巖溶帶平均含水量為0.178m3·m-3，僅為下坡的60%左右，沿坡水分供應存在顯著差異；上下坡鹽膚木植物枝條水同位素相近，lc-excess偏負，結合MixSIAR模型分析可知，沿坡面鹽膚木的吸水策略相似，均以利用0至60厘米土壤水為主，并非表層巖溶帶水（地下水）；上坡鹽膚木蒸騰速率和蒸騰量降低至下坡的一半左右。下坡土壤水分充足，植物蒸騰隨大氣蒸發需求變化而改變，上坡水分供應限制了植物蒸騰及蒸騰對大氣蒸發需求敏感性。
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坡面植物水分利用模式概念圖。受訪者 供圖
據介紹，本研究表明喀斯特地區自然恢復的次生植物蒸騰多依賴土壤水，且不能通過吸收深層水補償由坡位效應引起的蒸騰差異。研究進一步揭示出土壤水分仍是影響西南喀斯特演替初期植被恢復的限制因子，植物在上坡通過降低蒸騰的方式適應干旱環境。
近日，上述成果發表在Science of the Total Environment上。該研究得到了國家自然科學基金重點基金、青年基金以及中科院青促會優秀會員等項目的支持。