中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站徐憲立研究員團隊在我國西南喀斯特洼地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)應對洪水風險方面取得重要進展，相關研究成果近期以Responses of crops to flood and implications for agriculture planning in subtropical humid karst peak-cluster depression為題發(fā)表在國際水文領域知名期刊Journal of Hydrology上。
由于西南喀斯特區(qū)獨特的水文地質(zhì)條件，當發(fā)生大規(guī)模暴雨時，喀斯特洼地內(nèi)澇風險顯著加劇。中國西南地區(qū)是世界上最大的連片喀斯特地區(qū)之一，根據(jù)廣西民政廳統(tǒng)計，2015-2018年，該區(qū)共發(fā)生 37 次洪澇災害，造成直接經(jīng)濟損失約15.1億元，其中34.3%為農(nóng)業(yè)相關損失。然而，全球變暖的影響日益加劇，可能會增加該區(qū)極端降雨事件的發(fā)生風險，進一步影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。與此同時，意大利北部、西班牙南部和克羅地亞等其他國家的濕潤喀斯特區(qū)也面臨相似問題。因此，了解喀斯特區(qū)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)如何應對極端降雨事件至關重要。
關于植物對洪水的響應，世界各地已開展了大量研究，尤其是在易受洪水影響的地區(qū)，如河岸地帶、河流邊緣濕地環(huán)境和洪泛平原。然而，在易受極端降雨影響的喀斯特洼地，植物對洪水的響應仍不明確，鮮有研究。因此，喀斯特地區(qū)居民為適應未來洪水而調(diào)整農(nóng)業(yè)布局缺乏科學依據(jù)。為此，徐憲立研究員團隊調(diào)查了2016年古周洼地的一次極端降雨事件，分析洪水對峰叢洼地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（玉米和牧草）的影響。結(jié)果表明，此次極端降雨事件為 10 年一遇，導致洼地78.6%的玉米種植面積絕收和20.4%的牧草種植面積死亡。由于牧草的細根生物量較高且葉片光合能力穩(wěn)定，其在淹沒時表現(xiàn)優(yōu)于玉米。牧草對洪水的淹沒臨界耐受時間為10.2天；玉米植株突出水面1.5米時可以存活。針對這一極端降雨事件，相對于洼地標高的最低點（設定為 0.00 米），牧草和玉米的安全種植高度分別為 3.09 米和 6.21 米。 這項研究表明，有必要根據(jù)植物抵御洪水的能力合理安排喀斯特洼地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)布局，以應對未來的氣候變化。
本研究旨在提出一個框架，通過探索植物成活率與洪水（澇）過程之間的關系，確定植物的安全種植高度。但需注意的是，不同地區(qū)/景觀的洪澇過程可能不一致，不同植物的耐澇能力也不相同，因此要推廣到其他地區(qū)或景觀，需要根據(jù)當?shù)氐乃沫h(huán)境和植物種類進行一些實驗校準和驗證。該研究得到國家重點研發(fā)計劃（2019YFE0116900、2022YFF1300700）、國家自然科學基金（41977014）、中國科學院青年創(chuàng)新促進會（2020359）等項目資助。
圖 1 古周洼地植物淹沒調(diào)查 a.牧草；b.玉米。上圖顯示了每個采樣梯度上的牧草和玉米的生長地點、植株和莖稈的相對高度(洼地最低點設定為0.00m)。藍線（最高水位）以下的植物被淹沒。
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圖 2 牧草（a）和玉米（b）的安全生存空間。綠色293770空間和灰色空間分別代表植物的存活空間和死亡空間。Hpk , Hca , Hc 和 Hs 分別為水位、冠層、莖稈和場地的相對高程。Hsp為生存空間高度，Hp 為植株平均高度。SPE 為相對于洼地海拔最低點(設為 0.00 m)的植株安全種植高度。SPE = Hpk - Hsp。?