喀斯特地区的成土和侵蚀过程是影响区域生态安全与可持续发展的两个关键环节。一方面，成土速率缓慢导致土壤侵蚀绝对量小，使得喀斯特地区土壤侵蚀的风险被低估，另一方面，土壤侵蚀会引起土壤的磷流失，从而限制了植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）的增加，因此，喀斯特地区的成土与侵蚀过程是环环相扣的，深入研究喀斯特地区的成土和侵蚀过程，对于区域生态恢复和可持续发展具有重要意义。然而，现有研究还存在以下不足：（1）全球碳酸盐岩风化成土速率的时空格局及演变趋势尚不清晰。（2）传统的土壤侵蚀风险评价标准忽视了碳酸盐岩风化成土速率的大小，从而导致该标准不适用于喀斯特地区。（3）土壤侵蚀引起的磷流失对NPP 变化的影响究竟如何尚不明确。以上问题影响了对全球喀斯特地区成土-侵蚀过程以及侵蚀磷流失影响的全面系统认识和深入理解。
为此，本研究基于全球岩性数据、全球河流水化学数据、全球土壤总磷含量空间数据以及美国国家航空航天局GLDAS-2.1 的气候水文数据集和国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的气候水文数据集，结合离子活度系数模型、碳酸盐岩热力学溶蚀模型、成土速率计算模型和土壤侵蚀引起的磷流失计算模型等方法，揭示了过去时期（1982-2020 年）和未来时期（2021−2100 年）影响碳酸盐岩化学风化的主要因子以及离子活度系数和离子强度的时空演变趋势，阐明了碳酸盐岩溶蚀速率与成土速率的时空演变规律，揭示了成土速率的影响因素及主控区域分布，并基于成土速率对全球喀斯特地区土壤侵蚀风险进行了再评价。此外，揭示了全球土壤侵蚀引起的磷流失及时空演变过程，阐明了土壤侵蚀引起的磷流失对全球NPP 变化的限制作用。得到以下研究结果：
（1）从过去到未来阶段，喀斯特地区的降雨（P）、蒸散发（ET）、叶面积指数（LAI）、径流（q）和温度（Tem）均呈现上升趋势，其中，仅有土壤湿度（SM）在未来不同情景下的变化呈现缓慢减少趋势（0.07×10-3 m3 m-3）。此
外，各影响因子在共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSP）下未来不同情景的值均高于过去时期，并且其斜率值的变化均呈现SSP5-8.5>SSP3-7.0> SSP1-2.6 的情况。通过对Ca2+及HCO3-离子活度系数的机器学习反演，我们发现γCa2+年均值处于0.735~0.745 之间，γHCO3-年均值处于0.924~0.926 之间，γCa2+与γHCO3-具有相似的空间分布格局，在沙漠、高原等干旱、半干旱区域其离子活度系数呈现出低值分布的特征，而中西伯利亚高原等蒸发量少且水分较为充足的区域，离子活度系数呈现出高值分布的状态，这一变化趋势与离子强度I 的变化趋势相反，即离子强度较低的区域，其离子活度系数表现为高值特征。
（2）从过去到未来阶段，全球喀斯特地区的溶蚀速率均呈现上升趋势。1982~2020 年的年均溶蚀速率为5.69 t km−2 yr−1，呈现出波动中上升的趋势，增速为0.0241 t km−2 yr−1。而2021-2100 年不同情景下的年均溶蚀速率为6.74 t km−2yr−1，均高于过去时期，尽管过去时期的溶蚀速率量级略低于未来不同情景下的溶蚀速率量级，但是过去时期的上升趋势略高于未来不同情景下溶蚀速率的上升趋势。从贡献率及空间主控区域上来看，径流（ q） 对碳酸盐岩溶蚀速率的相对贡献率是最大的（ 55.59%） 。而在溶蚀速率增加的区域，ET 主导这种变化的区域面积占比为50.71%，其次为q（25.08%），在溶蚀速率减少的区域有39.61%的区域是由q 主导的，其次为P（27.05%）和Tem（24.07%）。LAI和SM 对溶蚀速率的增加或减少的主控区域占比均很小（不超过3%），这与本研究得出的LAI 和SM 对溶蚀速率的最低相对贡献率结果一致。
（3）全球喀斯特地区的成土速率在过去和未来阶段呈现出不一样的变化趋势。目前全球成土速率均值为19.18 t km−2 yr−1， 预计到本世纪末有略微增加（0.47%），尤其是在2016 年之后，上升趋势明显。然而，成土速率在未来不同情景下的趋势呈现出显著性差异， 结果表明， SSP1-2.6 和SSP3-7.0 成土速率均呈现下降趋势（ -0.3×10-3 t km−2 yr−1） ， SSP5-8.5呈上升趋势（0.1×10-3 t km−2 yr−1），这一现象同样与离子活度系数的变化趋势完全一致。在空间变化上，成土速率增加的区域面积占比（42.85%）大于下降的区域（26.58%），这主要受径流（55.95%）和蒸散发（25.21%）的控制，而温度对成土速率的相对贡献率为12%，温度过低和过高都会限制碳酸盐岩风化。此外，LAI 可能由于植被类型的不同而在不同地区与成土速率呈现出不同的相关关系，尽管LAI 的主控区域所占比例最小（0-0.6%），我们仍然不能忽略植被对成土速率的影响，因为植被相对丰富的地方， 一定程度上可以有效的抵挡部分土壤的流失。
（4）过去时期全球土壤侵蚀模数的下降趋势（33.6 ×10-3 t ha−1 yr−1）远远大于未来土壤侵蚀的增加趋势（5.1 ×10-3 t ha−1 yr−1），土壤侵蚀减少的区域面积占比（ 51.79%） 大于增加的区域（ 12.11%） 。具体而言，从1992 到2020年，全球土壤侵蚀模数均值为2.77 t ha-1 yr−1，高值区主要分布在喜马拉雅山脉，维尔霍扬斯克山脉和阿拉斯加山脉等陡峭的斜坡和地势起伏较大以及常年植被覆盖较少的区域，预计到本世纪末呈轻微增加趋势（1.83×10-3 t km−2 yr−1），未来不同情景下土壤侵蚀模数的平均值（SSPMean）较现在略高，为3.94 t ha-1 yr−1。与过去相反，在未来不同情景下，土壤侵蚀增加的区域面积均大于减少的区域面积， 其增加的面积是减少的面积的2~3 倍。此外， 根据土壤侵蚀分类分级标准（SL190-2007）对全球喀斯特地区土壤侵蚀风险展开评价，发现有14%（232.31×104 km2）属于风险区，该区域土壤侵蚀模数高于标准值（500 t km-2yr-1），而将成土速率作为喀斯特地区土壤流失的上限，发现有58%（934.79×104km2）的区域属于风险区，约为前者的四倍。

（5）土壤侵蚀引起的磷流失表现出高侵蚀效应，土壤侵蚀严重的地方，其引起的磷流失越显著，而随着土壤深度的增加，土壤侵蚀引起的磷流失随之减少。1992 到2020 年，土壤深度为0~30cm 时，全球土壤侵蚀引起的磷流失均值为4.22 kg ha-1 yr−1，随着未来不同情景下土壤侵蚀的增加，其引起的磷流失较过去时期增加了55%。土壤深度为30~100cm 时， 全球土壤侵蚀引起的磷流失均值为1.47 kg ha-1 yr−1。在空间像元尺度上，尽管气温和降水促进了NPP 的增加，然而，土壤侵蚀引起的磷流失对NPP 的负贡献却抵消了气候因子23%的正贡献面积。值得注意的是，虽然在大多数情况下，增加降水和气温这些正相关变量对NPP 的增加是有益的，但是，由于不同气候带类型的差异，温度和降水之间的相互作用会加剧土壤侵蚀引起的磷流失，从而限制NPP 增加。
总之，本研究建立了全球喀斯特地区长时间序列（1982-2100）的成土速率动态图谱，解决了目前成土速率难以实现空间动态化的难题，并基于成土速率对全球及中国喀斯特地区土壤侵蚀风险进行了重新评价，阐明了土壤侵蚀引起的磷流失对NPP 变化的影响，该研究不仅为正确认识喀斯特地区土壤侵蚀风险和正确指导水土保持措施配置提供了有益的参考，同时，我们可以更好地了解全球范围内的磷循环过程，为磷流失的管理和治理提供更加科学的依据与理论支持，为区域可持续发展和生态环境保护以及提供更可靠的科学支撑。