碳酸鹽巖廣泛發育形成的喀斯特地貌覆蓋全球陸地面積約15%，為全球約1/4人口提供穩定的水資源供給。美國東部、歐洲地中海沿岸及中國西南地區構成三大喀斯特地貌集中分布區，其中中國西南是全球喀斯特連續出露面積最大的區域。該區域碳酸鹽巖質地純正且結構致密，疊加溫暖濕潤的亞熱帶季風氣候，為碳酸鹽巖的化學溶蝕作用創造了優越條件，塑造了獨特的“二元三維”水文地質結構，具有地土壤層淺薄、地下基巖裂隙網絡發育的基本特征。這種特殊結構導致入滲與多界面徑流過程呈現高度復雜性，在氣候變化背景下進一步加劇了旱澇災害帶來的不確定性。
山坡是西南喀斯特地貌的主要組成單元，決定了流域水文通量及其響應特征。目前，已有研究主要圍繞對降雨過程中入滲和產流過程的描述與解析，基本弄清了以巖土結構為主導作用影響下的入滲-產流模式。盡管如此，但現有研究對坡地入滲-產流補給機制認識較為欠缺，結構對水文過程的調控機理仍需要進一步厘清，上述問題的解決將極大深化對喀斯特關鍵帶復雜水文過程的認識，服務于區域水文水資源管理。
中國科學院亞熱帶農業生態研究所陳洪松研究員團隊在廣西環江通過水穩定同位素示蹤技術，揭示了坡地土壤厚度對入滲和徑流水補給特征的影響機制。該研究選取兩處土壤厚度差異顯著的山坡，通過長期原位監測獲取土壤水和徑流樣本，并測定其氫氧穩定同位素組成。基于分段同位素平衡模型，量化了降雨對可移動水的補給比例、平均滯留時間及干旱期徑流的蒸發損失比例。結果表明，滲透性更高的淺土山坡具有快速的水分補給特征，表現為更高的雨水補給和水分蒸發損失比例及更短的水分滯留時間（圖1）。厚土山坡補給比例和滯留時間具有極顯著的相關性（R2=0.78），而淺土山坡這種快速且復雜的水文特征導致其通過水文參數預測過程的難度更高（圖2）。因此，即便是在小流域范圍，在水資源優化配置方面也需要考慮進行差異性的管理，而土壤厚度理論上是一個重要的參考指標。
該研究為理解喀斯特地區復雜水文過程提供了新視角，對區域水資源管理和防洪減災具有重要實踐意義。相關成果已得到國家自然科學基金、廣西自然科學基金和中國博士后項目的資助，論文分別以“西南喀斯特坡地土壤厚度對可移動水補給特征的影響：基于水穩定同位素的觀點”和Water stable isotope evidence reveals the impact of soil thickness on mobile water recharge in Karst Hillslopes,Southwest China為題發表在《中國科學：地球科學》中/英文版。
圖1 土壤水及徑流補給比例（左）和滯留時間（右）
圖2 補給比例和滯留時間相互關系
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