打印土壤水分和温度对陆地生态系统的水热循环过程至关重要，尤其在干旱地区。尽管关于石砾对土壤水热的研究已有报道，但未得出一致结论，同时有关石砾含量对水热时间和空间变化及其相互关系的认识仍知之甚少，不利于模拟和分析多石地区复杂的陆面过程。
基于此，中国科学院成都生物研究所生态恢复与生物多样性保育课题组在岷江上游干旱河谷气候背景下，开展了4个石砾含量（0%，25%，50%和75%，V V-1）的田间控制试验，分别采用中子管和纽扣式温度传感器监测了2018年至2022年间不同土层的体积含水率和温度，探究石砾含量对土壤水分和温度及其关系的影响。
研究发现，石砾含量对土壤水分具有负效应，并且在湿季的效应强度高于干季。石砾含量改变了水分沿土层的分布，在0%和25%石砾含量时水分先增加后降低，而在50%和75%石砾含量时呈单调增加趋势。此外，石砾总体上增加了土壤年均温，但石砾含量对温度的影响取决于季节和土层。30 cm土层的土壤水分和温度在湿季呈负相关关系，而在旱季则转变为正相关关系。研究结果表明，石砾含量改变了土壤水分和温度的时空格局，石砾的存在增强了旱季土壤水热耦合关系。
上述研究成果以“Rock fragment content alters spatiotemporal patterns of soil water content and temperature: Evidence from a field experiment”为题发表于Geoderma。成都生物研究所博士生黄龙、研究员包维楷、李芳兰等人参与了该研究工作。研究受国家自然科学基金（No. 32271654）和国家重点研发项目（2020YFE0203200）的联合资助。
研究团队还揭示了不同石砾含量下乡土植物生物量分配（Hu et al., 2021, Plant and Soil）、根系觅食行为（Hu et al., 2022, Plant and Soil）和叶片光合行为（Zhang et al., 2023, Plant Physiology and Biochemistry），以及土壤养分化学计量（Huang et al., 2023a, Catena）和微生物群落组成（Huang et al., 2023b, Catena）等，这一系列研究成果不断完善了对干旱地区石质土生态过程的认识。
图1 不同石砾含量下不同土层土壤含水量的时空格局
图2 不同季节和土层中土壤含水率与温度的关系