占全球陸地面積約15%的喀斯特地區(qū)，因有著不同于絕大多數(shù)非喀斯特地區(qū)的水文地質(zhì)環(huán)境，使得植物-水分關(guān)系研究一旦涉及到地下，便困難重重。這一方面限制了對退化喀斯特坡地植被分布現(xiàn)狀成因的分析，另一方面亦不利于植被恢復與生態(tài)系統(tǒng)服務提升工作的開展。
為加深對喀斯特地區(qū)植物-水分關(guān)系的認識，中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特站科研人員在陳洪松研究員的指導下，通過對比無連續(xù)土層分布的出露基巖與臨近土石混合生境植物群落特征發(fā)現(xiàn)，前者木本植物多樣性尤其是演替后期種的比例遠高于后者，這首先與該類生境能為植物提供多樣化的小生境并在一定程度上避免干擾的影響有關(guān)（文獻1）。另一方面，連續(xù)2年針對土石混合生境剖面土壤水分的動態(tài)監(jiān)測表明，受控于多石的土壤環(huán)境，剖面土壤含水率大多數(shù)時間處于凋萎系數(shù)附近，降水僅能在短時間內(nèi)改善土壤水分環(huán)境，水分限制是土石混合生境群落長期由草本和先鋒灌木占主導的首要原因（文獻2）。
以出露基巖為代表的石生生境因裂隙較為發(fā)育，植物根系能沿著相互連通的裂隙扎入深層，然而因缺乏有效研究方法，目前對植物水分來源的具體深度或類型仍無清晰認識。為此，通過與美國德州州立大學喀斯特生態(tài)水文研究組合作，構(gòu)建了適宜于多石環(huán)境的植物水分來源定量分析方法，并初步應用于水文過程相對簡單的孤立出露基巖生境，有效區(qū)分了不同生活型植物對動態(tài)庫和穩(wěn)態(tài)庫水分的利用比例差異。該方法從水分補給與消耗特性的角度對可能水源進行粗化，克服了傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素方法難以直接用于喀斯特地區(qū)的難題；另一方面，其獲得的時間整合而非時間點上的植物水分來源判定結(jié)果，有其特有的優(yōu)勢，亦為該領(lǐng)域的相關(guān)研究提供了新的思路（文獻3）。基于這一研究思路，科研人員進一步區(qū)分了群落尺度植物水分來源差異特征，發(fā)現(xiàn)石生環(huán)境不同演替階段群落對動態(tài)庫水分與穩(wěn)態(tài)庫水分的依賴程度存在明顯差異：與演替初期群落不同，演替后期群落主要利用穩(wěn)態(tài)庫水分，對短期無雨干旱的緩沖能力強于演替初期群落。這一結(jié)果為促進喀斯特植被正向演替以提升系統(tǒng)生態(tài)調(diào)蓄功能奠定理論基礎(chǔ)（文獻4）。
以上研究成果分別發(fā)表在Journal of Forestry Research、Catena、Journal of Hydrology和Journal of Vegetation science上。研究得到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院青年創(chuàng)新促進會、“西部青年學者”和“國際人才計劃”等項目支持。
圖1 典型喀斯特坡地植物水分環(huán)境縮略圖
圖2 土石混合生境剖面土壤含水率2年平均值
圖3 出露基巖生境動態(tài)庫水與植物莖水同位素值波動特征
（灰線，動態(tài)庫水同位素模擬值；黑線，植物莖水同位素模擬值；點，植物莖水同位素實測值；百分數(shù)，植物對穩(wěn)態(tài)庫水分利用比例）
圖4 石生環(huán)境不同演替階段群落優(yōu)勢植物莖水同位素值收斂及波動特征