西南喀斯特洼地农业生态系统应对洪水风险研究取得新进展
作者：环江站 更新时间：2024-08-25
中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站徐宪立研究员团队在我国西南喀斯特洼地农业生态系统应对洪水风险方面取得重要进展，相关研究成果近期以Responses of crops to flood and implications for agriculture planning in subtropical humid karst peak-cluster depression为题发表在国际水文领域知名期刊Journal of Hydrology上。
由于西南喀斯特区独特的水文地质条件，当发生大规模暴雨时，喀斯特洼地内涝风险显著加剧。中国西南地区是世界上最大的连片喀斯特地区之一，根据广西民政厅统计，2015-2018年，该区共发生 37 次洪涝灾害，造成直接经济损失约15.1亿元，其中34.3%为农业相关损失。然而，全球变暖的影响日益加剧，可能会增加该区极端降雨事件的发生风险，进一步影响农业生态系统。与此同时，意大利北部、西班牙南部和克罗地亚等其他国家的湿润喀斯特区也面临相似问题。因此，了解喀斯特区农业系统如何应对极端降雨事件至关重要。
关于植物对洪水的响应，世界各地已开展了大量研究，尤其是在易受洪水影响的地区，如河岸地带、河流边缘湿地环境和洪泛平原。然而，在易受极端降雨影响的喀斯特洼地，植物对洪水的响应仍不明确，鲜有研究。因此，喀斯特地区居民为适应未来洪水而调整农业布局缺乏科学依据。为此，徐宪立研究员团队调查了2016年古周洼地的一次极端降雨事件，分析洪水对峰丛洼地农业生态系统（玉米和牧草）的影响。结果表明，此次极端降雨事件为 10 年一遇，导致洼地78.6%的玉米种植面积绝收和20.4%的牧草种植面积死亡。由于牧草的细根生物量较高且叶片光合能力稳定，其在淹没时表现优于玉米。牧草对洪水的淹没临界耐受时间为10.2天；玉米植株突出水面1.5米时可以存活。针对这一极端降雨事件，相对于洼地标高的最低点（设定为 0.00 米），牧草和玉米的安全种植高度分别为 3.09 米和 6.21 米。 这项研究表明，有必要根据植物抵御洪水的能力合理安排喀斯特洼地农业生态系统布局，以应对未来的气候变化。
本研究旨在提出一个框架，通过探索植物成活率与洪水（涝）过程之间的关系，确定植物的安全种植高度。但需注意的是，不同地区/景观的洪涝过程可能不一致，不同植物的耐涝能力也不相同，因此要推广到其他地区或景观，需要根据当地的水文环境和植物种类进行一些实验校准和验证。该研究得到国家重点研发计划（2019YFE0116900、2022YFF1300700）、国家自然科学基金（41977014）、中国科学院青年创新促进会（2020359）等项目资助。
图1 古周洼地植物淹没调查（ a.牧草；b.玉米）
上图显示了每个采样梯度上的牧草和玉米的生长地点、植株和茎秆的相对高度(洼地最低点设定为0.00m)，蓝线（最高水位）以下的植物被淹没。
图2 牧草（a）和玉米（b）的安全生存空间
绿色293770空间和灰色空间分别代表植物的存活空间和死亡空间。Hpk , Hca , Hc 和 Hs 分别为水位、冠层、茎秆和场地的相对高程。Hsp为生存空间高度，Hp 为植株平均高度。SPE 为相对于洼地海拔最低点(设为 0.00 m)的植株安全种植高度。SPE = Hpk - Hsp。
（钟飞霞 撰稿）