近日，貴州大學、中國科學院地球化學研究所白曉永教授團隊聯合國內多家科研單位，在亞熱帶喀斯特碳酸鹽巖風化與農業-生態系統耦合機制研究中取得重要突破。相關研究成果以“碳酸鹽巖風化對亞熱帶農業可持續性和生態系統穩定性的影響及其分區調控”為題，發表于《科學通報》。該研究系統揭示了碳酸鹽巖化學風化對農業可持續性與生態系統穩定性的“雙刃劍”效應，精準識別了關鍵調控閾值，構建了差異化的分區調控方案，為我國西南喀斯特地區石漠化治理、生態保護修復與農業可持續發展提供了關鍵科學支撐。

背景介紹

中國西南亞熱帶喀斯特區是全球面積最大、連續性最強的裸露型喀斯特分布帶，覆蓋西南8省（區），既是長江、珠江上游的重要生態安全屏障，也是我國南方關鍵的農業主產區，承載著近2億人口的農業生產需求。該區域土層淺薄、成土速率極低、水土漏失嚴重，生態系統高度脆弱，“高強度土地利用-弱土壤發育”的結構性矛盾長期制約著區域農業發展與生態安全。

碳酸鹽巖化學風化是維系該區域土壤形成、生態穩定與農業可持續性的核心地質過程。適度的風化可補充土壤養分、改善水文條件，而風化過度或不足則可能引發土壤退化、石漠化加劇等一系列問題。長期以來，生態學、農業學、地質學在該領域的研究呈現明顯的學科分割特征，學界對風化過程在農業-生態系統中的雙重效應、閾值邊界與調控機制缺乏系統量化，嚴重制約了喀斯特地區生態保護與農業發展的協同推進。

成果展示

針對這一關鍵科學問題，研究團隊以中國亞熱帶喀斯特核心區為研究對象，基于2000~2020年多源遙感與地面觀測數據，結合機器學習與熱力學溶蝕模型，構建了高分辨率碳酸鹽巖化學風化速率數據集，系統解析了風化過程的時空動態演變規律。研究發現，2000~2020年間，研究區平均風化速率以年均0.38 mm ka-1顯著增長，空間上呈現“東南高、西北低”的分布格局，廣西、貴州與湖南三省區貢獻了研究區63.9%的風化總量，凸顯了西南喀斯特區域在全球碳酸鹽巖風化過程中的核心地位。

研究團隊首次在區域尺度上，量化了碳酸鹽巖風化對農業可持續性與生態系統穩定性的非線性調控效應，識別出兩個關鍵臨界閾值：農業可持續性的臨界閾值為33.1 mm ka-1，生態系統穩定性的臨界閾值為29.55 mm ka-1。當風化速率低于閾值時，風化過程以養分供給、生境改良的正向效應為主，研究區內89.6%的區域風化與農業可持續性呈正相關，70%的區域風化與生態系統穩定性呈正相關；而當風化速率超過閾值后，風化的主導效應轉變為土壤漏失、石漠化加劇的負面脅迫，在廣西、湖南中部等高風化速率區，形成了顯著的“高風化-低可持續性”集聚特征。這一發現打破了傳統認知中“風化有益或有害”的單一結論，系統闡明了風化過程的“雙刃劍”效應與動態轉換機制。

在此基礎上，研究團隊基于雙閾值分析結果，整合風化速率空間格局、農業可持續性水平及生態系統穩定性狀況，通過空間疊置分析，將研究區劃分為農業優化區、生態保育區、生態-農業協同區、生態修復區四大功能分區（圖1）。針對各分區的核心矛盾與功能定位，團隊提出了“養分調控-生態保育-系統平衡-退化修復”的差異化、可落地的調控策略，形成了從科學問題識別到分區調控實施的完整技術路徑，兼具科學性與實踐指導性。

圖1 碳酸鹽巖風化過程的精準調節分區.

(a) 生態過程調節分區; (b) 農業優化區; (c)生態保育區; (d) 生態-農業協同區; (e) 生態修復區

綜上，該研究不僅豐富了喀斯特地質過程與農業-生態系統耦合研究的理論體系，也為全球脆弱喀斯特地區應對氣候變化、協調農業發展與生態保護提供了可借鑒的中國方案與科學依據。

本文第一作者兼通訊作者為白曉永，貴州大學教授、中國科學院地球化學研究所研究員，研究團隊長期致力于喀斯特生態環境、碳酸鹽巖風化與碳循環、石漠化治理、生態系統安全調控等領域的研究，取得了一系列具有國際影響力的研究成果。研究團隊聯合了中國科學院華南植物園、東北林業大學、北京林業大學、北京師范大學、貴州師范大學等國內10余家科研單位的學者共同完成此項研究。

本研究得到了國家自然科學基金聯合基金（U24A20579、U22A20619）、貴州大學自然科學專項（國家級領軍人才）科研基金項目、貴州省省級科技計劃項目、貴州省高層次創新型人才項目等多項基金的資助與支持。

文章信息

白曉永，熊練，閆俊華，等.碳酸鹽巖風化對亞熱帶農業可持續性和生態系統穩定性的影響及其分區調控. 科學通報, 2026.

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