西北研究院在祁连山区基岩风化层对蒸散发和径流的调节作用研究方面获新进展
发表日期:2024-06-03来源：
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基岩风化层是基岩在长期的物理、化学和生物作用下，逐渐破碎和分解形成的由颗粒状、片状和块状岩石碎片和有机物质混合的风化产物层。它作为联系上层土壤和下层新鲜基岩的过渡带，其厚度从几米到数百米不等，是地球关键带的重要组成部分，影响着水文循环、养分循环和碳循环等过程。
祁连山作为地球关键带研究的特色区域之一，表层植被结构呈现斑块状分布，地下结构以“上覆薄土层、下伏基岩风化层”的土壤-岩石二元结构为特征，其土壤平均厚度不超过1m，土壤层蓄水量非常有限。但木本植物能够长期存续且没有因为干旱而出现大量死亡的现象，是否归因于这些“隐藏在石头中”的基岩风化层水分，需要研究案例来加以探索和验证。
中国科学院西北生态环境资源研究院科研团队对祁连山典型小流域土壤和基岩风化层特征进行了全面调查，分析了不同景观单元下基岩风化层结构和储水能力的变化，验证了基岩风化层储水对径流和植物用水的调节作用。
研究发现，阳坡土壤层-基岩风化层较厚，风化碎屑破碎、松散；阴坡土壤层-基岩风化层浅薄，裸岩率高，风化碎屑质地坚硬、体积较大，基岩风化层剖面结构在整个景观中呈现系统变化。基岩风化层剖面结构的不同，导致区域产流方式和储水量的不同。
草地径流量是高山灌丛和森林区域的2.68倍和4.68倍。高山灌丛和森林以地下径流为主，占总径流量的89.3%~92.6%和53.6%~73.2%。草地以地表径流为主，占总径流量的79.4%~85.9%。高山灌丛和森林区域大约1/3~1/4的年蒸散量来自于基岩风化层储水，这些储存在冬季进行补给，在夏季和秋季供树木使用。
基岩风化层储水量是土壤储水量的4.7倍。丰水年，基岩风化层水分饱和，表现为驱动径流产生的直接存储过程；枯水年，基岩风化层水分匮缺，表现为不驱动径流产生的间接存储过程。其储量动态变化受基岩的岩性和结构、上覆土壤层厚度以及树木蒸腾等多种因素共同影响。
本研究明确了基岩风化层蓄水对于山地生态水文循环的影响是不可忽视的，需要将其纳入生态水文循环过程的观测和模拟研究中。
该成果以Modulation of evapotranspiration and stream runoff by weathered bedrock in arid and semi-arid mountains为题发表于Science of the Total Environment。
西北研究院助理研究员蔺鹏飞为论文第一作者，何志斌研究员为论文通讯作者。该研究获国家自然科学基金项目和甘肃省科技计划项目联合资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.172847
图1 剖面中土壤和风化基岩特征。SO:土壤，SA: 腐泥土，WB:风化基岩。
图2 土壤和基岩风化层概念图。
图3 基岩风化层的垂直通量（fd）对蒸散发（ET）的贡献。雨季（2017年、2019年）和旱季（2018年、2020年、2021年）。
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