喀斯特关键带是目前喀斯特地区资源环境研究领域的创新问题之一,中国喀斯特地貌是以流水对碳酸盐岩石的溶蚀作用为主、冲蚀和潜蚀等机械地质作用为辅的、具有独特二元结构特征的地貌类型。作为非地带性的生态脆弱带,喀斯特地区具有水土流失、生态系统退化、土地资源贫瘠、自然灾害频发等影响人类生产生活活动的脆弱生态特征。喀斯特生态系统内水分与养分的生物地球化学循环与区域生态系统的演化密切相关。基于关键带建立科学的大气-生物-土壤-水体-岩石连续体研究框架为喀斯特地区研究提供了新思路、新方法和新概念。喀斯特特殊的地貌特征影响降水分配和养分迁移,在碳酸盐岩石风化或溶蚀形成的CO₂-H₂O-CaCO₃体系中,径流中溶解的无机碳是喀斯特地区碳汇形成的关键。同时,喀斯特地区生态系统恢复过程受氮等养分限制的问题备受关注,降水冲刷浅薄土壤导致的养分流失急需定量或半定量分析评估。不同类型岩石发育形成的土壤结构不同,岩石类型可能影响喀斯特坡地水文过程和径流的化学组成,碳酸盐岩石溶蚀释放出大量无机碳进入地表径流和地下径流可能造成水化学组成的差异,其对生态平衡和生态系统服务功能的影响有待进一步研究。为此,本论文在中国西南喀斯特典型集中分布区—贵州省普定县开展研究,选取两个不同类型碳酸盐基岩（白云岩和石灰岩）发育小区和1个非喀斯特发育小区,采用原位模拟降雨试验,在不同降雨强度下研究地表径流和地下径流的产流特征,分析径流中的主要水化学组成,揭示喀斯特坡地的碳、氮运移特征及其分异机制,取得了如下主要研究结果:1.喀斯特坡地地下径流是产流的主要形式,地表径流形成以蓄满产流为主,在极端降雨条件下存在超渗产流形式。与非喀斯特地区比较,喀斯特坡地土壤水源涵养能力较弱,大部分降水通过地表径流和地下径流方式排出。在模拟降雨条件下,喀斯特小区平均地下径流系数比非喀斯特小区高30%以上。碳酸盐岩石显著影响降水入渗土壤后的再分配过程,且岩石类型对地下径流过程产生不同的影响。2.模拟降水条件下形成的径流初期效应明显,降雨初期是造成养分流失的关键。喀斯特地区碳酸盐岩石风化释放大量无机碳进入地表径流和地下径流,不同类型岩石控制的地区径流水化学组成存在显著差异。降水对喀斯特坡地土壤和岩石的冲刷可能是喀斯特地区碳汇形成的初始动力,径流中不平衡的水化学组成和养分输出是导致喀斯特地区生态系统脆弱性的主要原因。3.降水过程中喀斯特坡地径流C/N变化、径流总样中主要盐基离子的输出负荷表明喀斯特地区碳酸盐岩石风化和溶解是径流水化学组成分异的主要原因。喀斯特地区土壤水源的涵养能力差,导致N流失负荷更加严峻,N限制可能是持续影响喀斯特地区生态系统恢复的主要原因,增加土壤水源涵养能力是减少N流失的关键。4.目前广泛用于评估喀斯特地区岩石风化碳汇的水化学径流法存在争议,外源酸等因素的影响导致评估的不确定性。为此,提出水化学径流法评估岩石风化碳汇的校正因子（α）为0.65,对中国喀斯特地区碳汇总量再评估的结果为4.74 Tg y^-1,比原评估结果减少约53%,将评估结果的误差降低至7%。5.根据模拟试验获取不同岩石类型地区的径流和N流失参数,结合中国喀斯特地区主要碳酸盐岩石分布和1961²014年记录的日降水数据,初步估算获得该地区表层岩溶带N流失负荷约为1.05¹.67 Tg y^-1,以南方喀斯特地区N流失最为严重,且N流失主要发生在雨季。