森林生态系统根土层中的优先流直接影响土壤水分入渗、养分流失以及污染物迁移的过程。根系、土壤大孔隙和石砾的空间结构特征是根土层优先流运移过程的重要影响因素。开展不同林地根土层优先流特征及其主要影响因素的研究,有助于深入认识林下土壤水分及溶质运移规律,为区域林木配置以及林分的经营管理提供数据支撑,进而为保障区域水土生态安全提供理论参考依据。本研究以华北土石山区典型分布的阔叶林(栓皮栎,Quercus variabilis Bl.)和针叶林(侧柏,Platycladus orientalis(L.)Franco)为研究对象,选取两种示踪特性不同的示踪剂(亮蓝和溴化钠)开展40和70mm两种入渗水量条件的示踪试验,并结合工业CT扫描技术和三维图像重建分析方法,通过探究优先流路径分布特征、调查水分和溶质运移规律、分析根系分布和构型指标、重构和量化土壤大孔隙和石砾三维空间结构,最终揭示了土石山区典型林地根土层优先流特征及其形成机理。所得主要研究结果如下所示:(1)林地土壤垂直和水平方向中均存在优先流现象。根土层中壤中流类型主要为均质基质流、非均质指流和高相互作用的大孔隙流,其中大孔隙流类型占比最大。当入渗水量由40mm增加至70mm时,两种林地土壤中优先流均可以携带溶质快速进入深层土壤,但这种现象在优先流发育程度更高,优先流路径空间变异性更大的针叶林土壤中更明显。(2)林地根土层中存在优先流的区域与基质流区的含水量空间分布呈现异质性,且存在优先流的区域其含水量整体呈现出大于基质流区的现象。亮蓝和溴化钠浓度均呈现出表层聚集且随土壤层深度增加而递减的趋势。虽然溴离子比亮蓝运移范围更广,但在优先路径中出现了明显的聚集效应。根土层中优先流发育程度越高,深层土壤中溶质浓度越高。(3)林地根土层中根系空间分布特征是影响优先流运移过程的重要因素。与针叶林相比,阔叶林富集于表层土壤的根系引导侧向流运移的现象更明显。与粗跟(d>5mm)相比,土壤中总量占比较大的细根(d≤5mm)是影响优先流的主要根系类型,且径级越小的细根贡献越大。(4)林地土壤限制层(10～40cm)中石砾不同三维空间结构指标在不同土壤层中分布特征存在差异,而大孔隙三维空间结构指标随土壤层深度增加有减小的趋势。与针叶林相比,阔叶林中大孔隙表面积密度、体积密度、平均费雷特最大和最小直径更小,但数量密度更大。石砾三维空间结构对大孔隙特征的作用主要体现在对大孔隙数量密度、平均最大和最小费雷特直径的影响。大孔隙体积密度、平均费雷特最大和最小直径越大对土壤导水能力促进作用越大,而石砾体积密度越大对入渗过程限制作用越明显。与土壤大孔隙相比,石砾三维空间结构特征对土壤水分入渗过程影响程度更小。