STOTEN | 碳酸盐岩风化成土速率和土壤水分对喀斯特植被生长的双重限制作用明显
与其他地区的明显不同是，喀斯特地区的土壤受特殊的碳酸盐岩地质背景影响且主要来源于岩石本身的化学风化成土。虽然碳酸盐岩风化速率很快，但是成土速率却非常缓慢！而土壤又是植被生长的必需营养物质和水分的主要载体和物质承纳基础。此外，相较于大气降水、地表水和地下水，土壤水可能更能直接被植物利用，进而影响和决定植被的种类、数量以及生长状况，被认为是非常重要的非生物生态格局限制因子。
基于此，为了核实和验证上述假说，研究综合考虑了喀斯特地区成土速率以及土壤水并尝试选择植被净初级生产力（NPP）、归一化植被指数、冠层高度以及植被物种丰富度作为植被生长指标，在0.125°像元尺度上，利用change-point analyzer以及空间分析法等方法量化成土速率与土壤水对喀斯特地区植被生长的阈值并创建了2000-2014年全球0.125°×0.125°喀斯特生态系统静/动态限制关键区域空间信息图谱。
研究发现，全球喀斯特地区70%以上的气候带的NPP都表现出土壤水分与风化成土速率的双重限制（图1）。并且当风化成土速率与土壤水分各自为25.2 t/km2/yr和0.28 m3/m3时，出现阈值（图2）。值得注意的是，基于全球14个喀斯特生态限制区的分析进一步表明，风化成土速率与土壤水分的降低可能让约120多万平方公里的热带雨林直面退化危机（图3）。
因此，全球喀斯特地区植被变化明显受到碳酸盐岩风化成土速率和土壤水分的双重控制作用。该项研究对于了解喀斯特地区植被与喀斯特土壤环境之间的相互作用机制提供了有价值的信息，从而为其全球环境治理提供理论依据。
图1 全球喀斯特地区各气候带NPP分别与成土速率以及土壤水之间的相关性（A）以及他们二者之间的相关性（B）.
图2 全球喀斯特成土速率（A）与土壤水（B）对不同植被指标的阈值统计
图3 全球喀斯特各大洲以及各生态区的成土速率（A）和土壤水(B)对不同植被指标的限制流向图
中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室白晓永研究员团队，在国际著名SCI期刊Science of the Total Environment上发表了题为“Limitations of soil moisture and formation rate on vegetation growth in karst areas” (喀斯特地区土壤水分和成土速率对植被生长的限制)的研究论文，初步阐明植被对喀斯特典型环境因素（碳酸盐岩风化成土速率和土壤水分）的响应，并创建了喀斯特生态系统静/动态限制关键区域空间信息图谱，白晓永研究员为本文的通讯作者。
该研究受中国科学院战略性先导科技专项(No. XDB40000000 & No. XDA23060100)、国家自然科学基金项目(42077455)、西部之光人才计划(No. 2018‐99)、喀斯特科学研究中心联合基金(U1612441)、和贵州省科学技术基金(黔科合基础[2020]1Z030)等项目的联合资助。
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151209
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