在生态环境脆弱的西南喀斯特地区，强烈的岩溶作用形成了复杂的地表、地下双重水文地质结构，该区域水文过程迅速且植物生长易受水分供给不足的限制。因此，深入了解喀斯特坡面关键带水文过程及其与植被的相互作用，对该区域旱涝灾害防控、植被优化配置具有重要的理论和实践意义。以往基于模拟降雨（降雨强度为40至120mm h-1）的研究表明，喀斯特坡地壤中流符合“充填-溢出”理论，而地表径流满足“超渗-蓄满”产流机制且降雨强度阈值约为40mm h-1（Wang et al., 2020）。然而，在全球变化背景下，喀斯特坡地多界面径流路径及其产流阈值的关键带结构控制机制尚不明确。此外，喀斯特基岩出露生境植物根区水分的补给机制也仍缺乏充分的认识。这严重制约了未来降水格局变化背景下对喀斯特关键带植物-土壤-基岩系统间的相互作用关系及其水文效应的评估。
在降雨和地表-地下径流关系方面，以不同关键带结构的12个三维监测小区（5 m×20 m）为研究对象，监测了43场自然降雨事件的径流特征。据统计，监测期内日降雨量介于2.2~105.6mm，最大小时降雨强度范围介于1.0~42.6mm h-1(平均为13mm h-1)，大于岩土界面稳定入渗率的降雨仅1场（42.6mm h-1）。与模拟降雨试验结果类似，自然降雨条件下喀斯特坡地地表产流少（平均径流系数：2.2%）。当降雨量大于45mm时，地表径流机制由“蓄满”向“超渗-蓄满”转变，并且随雨强的增加，“超渗”逐渐占主导。表层岩溶带径流的平均径流系数为31.2%，远高于壤中流（平均径流系数：3.8%）和地表径流的径流系数，是喀斯特坡地水量平衡的主要组成部分。表层岩溶带重要的水文调节功能凸显在旱季长期无雨且地表径流和壤中流断流情况下依然能维持稳定的供水。用分段模型分析降雨和径流的非线性行为（即阈值行为），结果发现，与非喀斯特地区不同，喀斯特坡地存在多种降雨-径流阈值关系类型（图1）。通过结构方程模型，分析径流和环境因子（土壤深度、碎石含量、植物根系长度、裸岩率）的相互作用，发现土壤厚度是影响地表径流的一级控制因素，在陆面水文过程模型中应该引起重视。
研究成果以分别以Rainfall-runoff characteristics and their threshold behaviors on a karst hillslope in a peak-cluster depression region、Soil thickness controls the rainfall-runoff relationship at the karst hillslope critical zone in southwest China和Replenishment and mean residence time of root-zone water for woody plants growing on rocky outcrops in a subtropical karst critical zone为题发表在Journal of hydrology期刊上。研究得到国家自然科学基金重点项目、广西自然科学基金创新研究团队项目等资助。
