极端干燥的气候条件削弱了生态恢复对碳酸盐岩风化过程的有益影响：以中国西南部一个典型喀斯特沟谷中一条地下河流7年的监测数据为例

本研究以重庆龙潭天坑流域为对象，通过7年监测和结构方程模型分析，揭示生态恢复和极端干旱对碳酸盐岩风化碳汇的影响。结果表明，植被恢复在湿润气候下显著提升DIC浓度（增幅34.6 mg/L）和碳汇强度（达15.75 tC km?2 a?1），而2022-2023年的极端干旱导致DIC和径流下降，碳汇减少达9.6 tC km?2 a?1。结论强调生态恢复与减少极端事件对增强碳汇的重要性。

　　
本研究聚焦中国西南部龙潭槽谷 valley的喀斯特地貌区，通过连续7年（2017-2023）的月度监测数据，系统揭示了植被恢复与极端干旱事件对碳酸岩风化碳汇（CCSF）的双重影响机制。研究区域位于重庆酉阳，流域面积12平方公里，含水层厚度达300米以上，岩性以碳酸盐岩为主，占基底岩性的95%以上。该区域作为中国"退耕还林"生态修复工程的核心示范区，近五年累计完成林地恢复面积达42.3平方公里，植被覆盖率提升至74.3%，为研究植被与碳汇的耦合效应提供了理想场站。

### 一、植被恢复与气候变化的协同效应
研究显示，2017-2021年湿润气候条件下，植被覆盖度（NDVI）与DIC浓度呈现显著正相关（相关系数0.35-0.68），平均增幅达34.6 mg/L。这主要归因于植被根系对碳酸盐岩的物理化学加速作用：植被覆盖度每提高1%，土壤呼吸作用增强约15%，促进CO?向地下水扩散，进而加速CaCO?风化。例如，2020年NDVI峰值达0.84（2018年为0.63），同期DIC浓度达到200.8 mg/L（2018年为152.5 mg/L），碳汇通量（CCSF）较基准年（2018）提升53.1%。

研究创新性地引入"固定干旱阈值法"（FDT），结合Q20流量阈值判定，发现2022-2023年极端干旱导致NDVI下降达18.7%，DIC浓度降低5.9%，碳汇通量较2021年峰值下降10.7%。这种负向反馈机制源于干旱对植被系统的双重抑制：一方面，高温（2022年平均气温达19.6℃）导致土壤有机质分解加速，释放CO?富集于孔隙水；另一方面，持续降水缺失（2023年降水量仅785 mm，较常年减少37.6%）使地下水补给中断，导致溶蚀速率下降。

### 二、水文地质过程的动态响应
研究构建的结构方程模型（SEM）显示，温度与降水通过植被-土壤-地下水耦合系统影响碳汇。模型拟合优度指数（CFI=0.984，GFI=0.975）和残差均方根（RMSEA=0.088）均达到统计显著性要求。关键发现包括：
1. 气候变暖（2017-2021年均温上升0.5℃）显著促进植被生长，NDVI年增幅达7.7%
2. 极端干旱导致土壤含水量低于5%时，根系分泌物减少40%，溶蚀速率下降28%
3. 径流变化对碳汇通量的贡献度达62.3%，其中2020年暴雨期径流量峰值达7.8 m3/s，推动CCSF提升至15.75 tC/km2·a

### 三、同位素示踪揭示的碳循环机制
δ13CDIC的年际波动（-10.5‰至-7.4‰）与植被动态高度同步。2021年NDVI峰值（0.70）对应的δ13CDIC值最低（-10.5‰），表明植被恢复通过增强土壤呼吸作用（δ13C=-24‰）向地下水输入更多δ13C偏负的CO?。而2022年干旱期δ13CDIC值异常升高至-11.8‰，反映水体碳源结构改变——土壤呼吸贡献占比从2019年的68%降至2022年的42%。

### 四、生态修复与极端气候的交互作用
研究量化了生态修复与极端气候的协同效应：2017-2021年植被恢复贡献的碳汇通量达5.49 tC/km2·a，但2022年干旱事件导致该贡献值骤降40.3%。特别值得注意的是，当干旱持续超过60天时，碳酸盐岩溶蚀速率呈现非线性下降，降幅达28.4%。这验证了经典水文地质理论——地下河系统在干旱期会形成"碳封存陷阱"，当径流量低于Q20阈值（2022年Q20仅为0.23 m3/s）时，溶蚀反应效率下降速度达正常水平的2.3倍。

### 五、管理对策与未来展望
基于研究发现，提出"双轨制"碳汇管理策略：其一，在雨季占比超70%的流域实施精准植被修复，建议选择根系发达的乡土树种（如柏木、马尾松）以最大化溶蚀促进效应；其二，针对Q20阈值波动区（本研究区阈值为0.35 m3/s），建立极端气候预警系统，当连续3个月降雨量低于80 mm时启动应急植被保水措施。研究建议后续应加强以下方面：
1. 开发多源遥感数据融合系统（卫星+无人机+地面传感器）
2. 建立碳汇通量与植被恢复的动态响应模型
3. 完善极端干旱事件下的碳汇弹性评估体系

本研究为全球喀斯特地区应对气候变化提供了重要启示：在植被恢复规划中需同步考虑未来极端气候事件的抵消效应。建议在长江上游生态脆弱区，将植被恢复与水利设施建设（如地下水库调节）相结合，形成气候-生态-水文协同治理模式。