科研進(jìn)展
西北研究院在祁連山區基巖風(fēng)化層對蒸散發(fā)和徑流的調節作用研究方面獲新進(jìn)展
基巖風(fēng)化層是基巖在長(cháng)期的物理、化學(xué)和生物作用下，逐漸破碎和分解形成的由顆粒狀、片狀和塊狀巖石碎片和有機物質(zhì)混合的風(fēng)化產(chǎn)物層。它作為聯(lián)系上層土壤和下層新鮮基巖的過(guò)渡帶，其厚度從幾米到數百米不等，是地球關(guān)鍵帶的重要組成部分，影響著(zhù)水文循環(huán)、養分循環(huán)和碳循環(huán)等過(guò)程。
祁連山作為地球關(guān)鍵帶研究的特色區域之一，表層植被結構呈現斑塊狀分布，地下結構以“上覆薄土層、下伏基巖風(fēng)化層”的土壤－巖石二元結構為特征，其土壤平均厚度不超過(guò)1m，土壤層蓄水量非常有限。但木本植物能夠長(cháng)期存續且沒(méi)有因為干旱而出現大量死亡的現象，是否歸因于這些“隱藏在石頭中”的基巖風(fēng)化層水分，需要研究案例來(lái)加以探索和驗證。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研團隊對祁連山典型小流域土壤和基巖風(fēng)化層特征進(jìn)行了全面調查，分析了不同景觀(guān)單元下基巖風(fēng)化層結構和儲水能力的變化，驗證了基巖風(fēng)化層儲水對徑流和植物用水的調節作用。
研究發(fā)現，陽(yáng)坡土壤層－基巖風(fēng)化層較厚，風(fēng)化碎屑破碎、松散；陰坡土壤層－基巖風(fēng)化層淺薄，裸巖率高，風(fēng)化碎屑質(zhì)地堅硬、體積較大，基巖風(fēng)化層剖面結構在整個(gè)景觀(guān)中呈現系統變化?；鶐r風(fēng)化層剖面結構的不同，導致區域產(chǎn)流方式和儲水量的不同。
草地徑流量是高山灌叢和森林區域的2.68倍和4.68倍。高山灌叢和森林以地下徑流為主，占總徑流量的89.3％～92.6％和53.6％～73.2％。草地以地表徑流為主，占總徑流量的79.4％～85.9％。高山灌叢和森林區域大約1／3～1／4的年蒸散量來(lái)自于基巖風(fēng)化層儲水，這些儲存在冬季進(jìn)行補給，在夏季和秋季供樹(shù)木使用。
基巖風(fēng)化層儲水量是土壤儲水量的4.7倍。豐水年，基巖風(fēng)化層水分飽和，表現為驅動(dòng)徑流產(chǎn)生的直接存儲過(guò)程；枯水年，基巖風(fēng)化層水分匱缺，表現為不驅動(dòng)徑流產(chǎn)生的間接存儲過(guò)程。其儲量動(dòng)態(tài)變化受基巖的巖性和結構、上覆土壤層厚度以及樹(shù)木蒸騰等多種因素共同影響。
本研究明確了基巖風(fēng)化層蓄水對于山地生態(tài)水文循環(huán)的影響是不可忽視的，需要將其納入生態(tài)水文循環(huán)過(guò)程的觀(guān)測和模擬研究中。
該成果以Modulation of evapotranspiration and stream runoff by weathered bedrock in arid and semi－arid mountains為題發(fā)表于Science of the Total Environment。
西北研究院助理研究員藺鵬飛為論文第一作者，何志斌研究員為論文通訊作者。該研究獲國家自然科學(xué)基金項目和甘肅省科技計劃項目聯(lián)合資助。
論文鏈接：https：／／doi．org／10.1016／j．scitotenv．2024.172847
圖1 剖面中土壤和風(fēng)化基巖特征。SO：土壤，SA： 腐泥土，WB：風(fēng)化基巖。
圖2 土壤和基巖風(fēng)化層概念圖。
圖3 基巖風(fēng)化層的垂直通量（fd）對蒸散發(fā)（ET）的貢獻。雨季（2017年、2019年）和旱季（2018年、2020年、2021年）。
