中国科学院亚热带农业生态研究所研究员陈洪松课题组依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测研究站（以下简称环江站），监测了喀斯特关键带不同界面降雨-产流事件并调查了土壤-表层岩溶带结构参数，发现了“双50”阈值以及喀斯特关键带结构-过程-功能的共同演化规律。相关成果在线发表于《水文学杂志》。
之前，陈洪松课题组在小流域尺度上，通过物探发现土壤厚度与表层岩溶带深度显著正相关，小流域植被群落、土壤类型、岩溶发育程度之间呈现出很好的空间对应关系，但喀斯特山坡岩土结构与水文功能之间的定量关系仍不清楚。
针对以上问题，陈洪松课题组依托环江站喀斯特坡地关键带三维水土过程观测平台，综合应用多种方法，于2019年4月至2022年5月期间共计监测了158次喀斯特关键带不同界面（地表径流、岩土界面壤中流）降雨-产流事件，同时调查了土壤-表层岩溶带结构参数，获得924组土壤厚度和表层岩溶风化程度配对数据。
结果表明，土壤厚度随下伏表层岩溶带风化程度的增加而增加，土壤厚度与表层岩溶带厚度呈显著正相关关系；非极端降雨条件下，地表径流量与土壤厚度显著正相关，岩土界面壤中流与土壤厚度呈显著负相关，喀斯特山坡关键带产流路径发生转变的临界土壤厚度为50厘米；降雨量大于每12小时50毫米条件下，不同厚度小区出现地表径流与岩土界面壤中流共存的现象，且地表径流与岩土界面壤中流显著正相关，说明地表水文过程与地下水文过程之间出现明显的水文连通现象。
同时，相比浅薄土壤，深厚土壤的淀积层发育，表现出较高的储水能力和CO2通量，促进了表层岩溶带的发育，弱透水性淀积层及高透水表层岩溶带导致地表径流增加，岩土界面壤中流减少。这是喀斯特关键带土壤-表层岩溶带结构与水文过程共同演化的本质原因。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.130499