中國科學(xué)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(tuán)隊(duì)在我國西南喀斯特洼地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對洪水風(fēng)險(xiǎn)方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)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(lǐng)域知名期刊Journal of Hydrology上。
由于西南喀斯特區(qū)獨(dú)特的水文地質(zhì)條件，當(dāng)發(fā)生大規(guī)模暴雨時(shí)，喀斯特洼地內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)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(jì)，2015-2018年，該區(qū)共發(fā)生 37 次洪澇災(zāi)害，造成直接經(jīng)濟(jì)損失約15.1億元，其中34.3%為農(nóng)業(yè)相關(guān)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(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。與此同時(shí)，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(yīng)對極端降雨事件至關(guān)重要。
關(guān)于植物對洪水的響應(yīng)，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(yīng)仍不明確，鮮有研究。因此，喀斯特地區(qū)居民為適應(yīng)未來洪水而調(diào)整農(nóng)業(yè)布局缺乏科學(xué)依據(jù)。為此，徐憲立研究員團(tuán)隊(duì)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(dǎo)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(xì)根生物量較高且葉片光合能力穩(wěn)定，其在淹沒時(shí)表現(xiàn)優(yōu)于玉米。牧草對洪水的淹沒臨界耐受時(shí)間為10.2天；玉米植株突出水面1.5米時(shí)可以存活。針對這一極端降雨事件，相對于洼地標(biāo)高的最低點(diǎn)（設(shè)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(xiàng)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(yīng)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(guān)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(dāng)?shù)氐乃沫h(huán)境和植物種類進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)和驗(yàn)證。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFE0116900、2022YFF1300700）、國家自然科學(xué)基金（41977014）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會（2020359）等項(xiàng)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(diǎn)、植株和莖稈的相對高度(洼地最低點(diǎn)設(shè)定為0.00m)。藍(lán)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(diǎn)(設(shè)為 0.00 m)的植株安全種植高度。SPE = Hpk - Hsp。?