基巖風化層是基巖在長期的物理、化學和生物作用下，逐漸破碎和分解形成的由顆粒狀、片狀和塊狀巖石碎片和有機物質混合的風化產物層。它作為聯系上層土壤和下層新鮮基巖的過渡帶，其厚度從幾米到數百米不等，是地球關鍵帶的重要組成部分，影響著水文循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)和碳循環(huán)等過程。

祁連山作為地球關鍵帶研究的特色區(qū)域之一，表層植被結構呈現斑塊狀分布，地下結構以“上覆薄土層、下伏基巖風化層”的土壤－巖石二元結構為特征，其土壤平均厚度不超過1m，土壤層蓄水量非常有限。但木本植物能夠長期存續(xù)且沒有因為干旱而出現大量死亡的現象，是否歸因于這些“隱藏在石頭中”的基巖風化層水分，需要研究案例來加以探索和驗證。

中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研團隊對祁連山典型小流域土壤和基巖風化層特征進行了全面調查，分析了不同景觀單元下基巖風化層結構和儲水能力的變化，驗證了基巖風化層儲水對徑流和植物用水的調節(jié)作用。

研究發(fā)現，陽坡土壤層－基巖風化層較厚，風化碎屑破碎、松散；陰坡土壤層－基巖風化層淺薄，裸巖率高，風化碎屑質地堅硬、體積較大，基巖風化層剖面結構在整個景觀中呈現系統(tǒng)變化。基巖風化層剖面結構的不同，導致區(qū)域產流方式和儲水量的不同。

草地徑流量是高山灌叢和森林區(qū)域的2.68倍和4.68倍。高山灌叢和森林以地下徑流為主，占總徑流量的89.3％～92.6％和53.6％～73.2％。草地以地表徑流為主，占總徑流量的79.4％～85.9％。高山灌叢和森林區(qū)域大約1／3～1／4的年蒸散量來自于基巖風化層儲水，這些儲存在冬季進行補給，在夏季和秋季供樹木使用。

基巖風化層儲水量是土壤儲水量的4.7倍。豐水年，基巖風化層水分飽和，表現為驅動徑流產生的直接存儲過程；枯水年，基巖風化層水分匱缺，表現為不驅動徑流產生的間接存儲過程。其儲量動態(tài)變化受基巖的巖性和結構、上覆土壤層厚度以及樹木蒸騰等多種因素共同影響。

本研究明確了基巖風化層蓄水對于山地生態(tài)水文循環(huán)的影響是不可忽視的，需要將其納入生態(tài)水文循環(huán)過程的觀測和模擬研究中。

該成果以Modulation　of　evapotranspiration　and　stream　runoff　by　weathered　bedrock　in　arid　and　semi－arid　mountains為題發(fā)表于Science　of　the　Total　Environment。

西北研究院助理研究員藺鵬飛為論文第一作者，何志斌研究員為論文通訊作者。該研究獲國家自然科學基金項目和甘肅省科技計劃項目聯合資助。

論文鏈接：https：／／doi．org／10.1016／j．scitotenv．2024.172847

圖1　剖面中土壤和風化基巖特征。SO：土壤，SA：　腐泥土，WB：風化基巖。

圖2　土壤和基巖風化層概念圖。

圖3　基巖風化層的垂直通量（fd）對蒸散發(fā)（ET）的貢獻。雨季（2017年、2019年）和旱季（2018年、2020年、2021年）。