2021年1月9日，国际著名农林科学期刊Plant and Soil (TOP期刊)在线发表了西南大学地理科学学院、重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站、岩溶环境重庆市重点实验室杨琰教授课题组的最新科研成果。地下水环境同位素是研究喀斯特地区水文生态过程和碳循环的良好工具，国内外学者利用溶解无机碳（DIC）浓度及δ13C值和其他水化学指标等方法，重点关注碳源、汇问题或生物地球化学过程，进而评估水生生态系统的响应以及自然水体中碳的吸收和通量。尽管近年来许多学者对喀斯特石漠化槽谷地区的DIC浓度和δ13CDIC进行了研究，但对槽谷区具有不同坡向及不同植被覆盖情形下的水文生态过程及生态意义的研究还很有限。
在国家重点研发计划专题项目：酉阳龙潭槽谷区水资源动态变化及环境效应研究（批准号：2016YFC050230205）和国家自然科学基金项目（41975114）等的支持下，从2017年至今，杨琰教授课题组对国家石漠化综合治理重点县重庆市酉阳进行了连续4年的监测。前人研究发现岩层倾角、倾向关系等都会导致顺/逆坡的植被覆盖程度不同；由于顺坡水土流失比逆坡严重，造成顺坡地区大面积裸露基岩发育，侵蚀影响显著。同时，岩层倾角对地表水力特征有重要影响，导致岩溶槽谷水土流失空间分布的差异。在本研究区重庆酉阳龙潭槽谷的顺/逆坡土壤覆盖、植被覆盖差异明显（图1, 图2）。因此，在相同的气候条件下，利用碳同位素研究喀斯特石漠化槽谷区植被恢复差异造成的水文生态机制及环境效应具有重要的理论及现实意义。本成果以重庆市酉阳县龙潭槽谷泔溪镇的石漠化重点治理区为研究点（图1, 图2），从2017年1月至2019年12月，监测顺/逆坡的表生泉、坡面流和土壤水中pH值、电导率、δ13CDIC、阴阳离子浓度、δ18O及δD等环境指标。另外，在强降雨条件下，对顺/逆坡不同植被覆盖区域地下水和坡面流的碳同位素等指标变化进行了详细的研究。
研究发现：(1)在季节尺度上，发现具有明显的季节变化特征，研究区土壤水分、土壤二氧化碳等分析表明，季节生物量、生物活性、温度和人类活动（耕作）共同影响了δ13CDIC的变化。另外，研究区DIC溶蚀持续上升，说明土壤侵蚀作用仍在缓慢增加。
(2) 在强降雨尺度下，由于顺坡土层覆盖薄，基岩裸露，植被稀疏，地表水流的溶蚀能力较弱，顺坡δ13CDIC低于逆坡坡(图3)；主要因为降水的稀释效应和土壤CO2效应共同导致地下水二氧化碳分压升高，饱和指数降低，从而导致溶解能力的增加。另外，顺坡土层较薄，CO2输入较少。
(3) 外源酸和DIC损失的贡献率以及顺/逆坡的特征对水体的化学性质有很大的影响。薄/厚土层、薄/厚植被覆盖对顺/逆坡的水化学和碳同位素的影响，说明喀斯特槽谷区顺坡对人类活动的敏感性以及自身的脆弱性要大于逆层坡。
图1 (a) 研究区在重庆市的位置; (b) 顺坡现状：植被稀疏、基岩出露；(c) 逆坡现状
图2 (a) 重庆龙潭槽谷地质图; (b) 研究区垂直地质剖面及地下水水文过程概念模型
图3 (a) 2018年7月4日-7月7日强降雨过程中喀斯特槽谷坡面流δ13CDIC和水化学元素的变化特征; (b) 2018年7月4日-7月7日强降雨过程中喀斯特槽谷顺/逆坡地下水δ13CDIC和水化学元素的变化特征
本研究成果是杨琰教授课题组多年野外工作和数据积累的结果，2019级第四纪地质学专业硕士研究生肖文杰为本文第一作者，杨琰为该文通讯作者，在线发表链接为：https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-020-04821-9
武陵山龙潭喀斯特流域是“重庆金佛山喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站”一站多点模式的重要研究区，为解决国家野外站“石漠化治理模式和水资源高效利用示范”的科学问题服务，对当地生态文明建设具有一定的现实意义。
