【摘 要】
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水土流失是当前黄土高原植被恢复与生态重建所面临的主要问题。植物根系死亡分解后形成的根系通道是土壤水分优先流的主要路径,对改善土壤结构、恢复“土壤水库”的调节功能具有重要意义。为探明黄土高原根系残体调蓄土壤水分的作用机理,本研究以禾本科牧草（白羊草）和豆科牧草（达乌里胡枝子）为研究对象,在0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、30-40 cm和40-60 cm土层中,采用CT扫描技术对
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:41807516）；
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水土流失是当前黄土高原植被恢复与生态重建所面临的主要问题。植物根系死亡分解后形成的根系通道是土壤水分优先流的主要路径,对改善土壤结构、恢复“土壤水库”的调节功能具有重要意义。为探明黄土高原根系残体调蓄土壤水分的作用机理,本研究以禾本科牧草（白羊草）和豆科牧草（达乌里胡枝子）为研究对象,在0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm、30-40 cm和40-60 cm土层中,采用CT扫描技术对草地根系通道进行原位观测,结合室内模拟根系残体分解实验,分析草地根系形态特征、化学组成与分解速率之间的关系;研究草地根系分解下土壤理化性质动态变化,探讨草地根系残体分解对土壤理化性质的影响;通过对土壤饱和导水率和水分入渗速率的研究,揭示草地根系残体形成根系通道增加土壤水分入渗和改善土壤结构提高土壤蓄水能力的作用机制,为明确草地根系残体介导下的土壤水文过程、促进黄土高原土壤水库功能的正常发挥及草地植被恢复提供理论依据。取得的研究结果如下:（1）明确了草地根系分解过程中根系形态变化特征,达乌里胡枝子各土层根系分解速率均高于白羊草。根系分解过程中,在0-60 cm土层中,草地根系各土层总根长、根总表面积、根总体积和根系平均直径随根系分解速率加快而不断减小,且随土层深度增加而降低。随着根系分解时间增加,草地根系分解指数K不断减小,且草地根系分解指数K随土层深度加深而不断减小。达乌里胡枝子各土层根系分解50%干物质所需时间为0.413、0.567、0.570、0.571和0.586年,而白羊草为0.440、0.568、0.576、0.582和0.617年,达乌里胡枝子各土层根系分解95%干物质所需时间为1.785、2.449、2.462、2.470和2.532年,而白羊草为1.902、2.454、2.488、2.515和2.668年,且达乌里胡枝子各土层根系分解指数K高于白羊草,这表明在0-60 cm土层中达乌里胡枝子各土层根系分解速率比白羊草快。（2）证明草地根系分解过程中,0-10 cm土层草地根系全碳、全氮遵循释放模式,草地根系全碳、全氮、碳氮比是影响草地根系分解速率的主要因素。在0-10 cm土层中,草地根系全碳、全氮含量随根系分解时间增加而降低,遵循释放模式。草地根系分解后期,在0-10 cm土层,白羊草和达乌里胡枝子根系全碳含量分别降低了15%和25%,全氮含量分别降低了39%和26%,达乌里胡枝子根系养分损失量高于白羊草。在0-60 cm土层根系分解过程中,草地根系全碳含量与根系分解速率呈显著正相关（P<0.05）,草地根系全氮含量与根系分解速率呈极显著正相关（P<0.01）,但草地根系碳氮比与根系分解速率呈极显著负相关（P<0.01）,草地根系碳氮比越小,根系分解速率越快。（3）明晰了草地根系分解过程中根系化学组成及土壤养分动态变化特征,发现在0-10 cm表土层达乌里胡枝子提高土壤养分能力优于白羊草。在0-60 cm土层根系分解进程中,草地根系各土层土壤有机碳、全氮、全磷含量不断增加。随着土层深度的增加,草地根系各土层土壤养分不断降低,草地根系分解对土壤养分的影响主要作用于表土层。草地根系分解后期,在0-10 cm表土层,达乌里胡枝子土壤有机碳、全氮、全磷含量均显著高于白羊草（P<0.05）,由此可见在表土层,达乌里胡枝子改善土壤质量能力强于白羊草。草地根系分解过程中,草地根系全碳与土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷呈极显著负相关（P<0.01）,而草地根系全氮与土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷关系不显著（P>0.05）。当土壤缺乏养分时,草地根系会分解释放出大量碳元素,增加土壤养分供给,以维持土壤养分平衡。（4）揭示了草地根系分解过程中土壤物理性质差异及其对土壤渗透性影响机制,明确了达乌里胡枝子改善土壤结构和土壤水分渗透性的能力优于白羊草。草地根系分解后期,在0-60 cm土层,草地根系各土层土壤含水量、pH值、团聚体百分量、孔隙数和孔隙度增大,而土壤容重则相反。随土层深度加深,草地根系各土层土壤含水量、团聚体百分量、孔隙数和孔隙度整体呈下降趋势,而容重则相反。在0-60 cm土层中,草地根系分解增大了土壤饱和导水率,且土壤饱和导水率随土层深度加深而降低。草地根系分解过程中,在0-60 cm土层,土壤团聚体、孔隙数、孔隙度和有机碳与土壤饱和导水率、水分入渗速率呈显著正相关,而土壤容重则相反（P?0.05）。在0-60 cm草地根系分解过程中,达乌里胡枝子土壤孔隙数、孔隙度、粒径>0.25 mm团聚体百分量、土壤饱和导水率和土壤水分入渗速率高于白羊草,而土壤容重相反,且达乌里胡枝子土壤水分入渗速率表现为增加趋势,而白羊草呈下降趋势,由此可见,与白羊草相比,达乌里胡枝子改善土壤结构和提高土壤水分渗透性的能力更强。
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