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版納植物園揭示不同形態根系對土壤水分入滲運移行為的影響

放大字體  縮小字體 發布日期:2018-03-07  來源:西雙版納熱帶植物園  瀏覽次數:860
核心提示:  土壤水分入滲是陸地生態系統水分循環、水分利用、水土保持功能得以順利實現的重要前提,其特性極大地制約著地表徑流、土壤流
           

  土壤水分入滲是陸地生態系統水分循環、水分利用、水土保持功能得以順利實現的重要前提,其特性極大地制約著地表徑流、土壤流失、降雨-徑流響應、地下水補給等諸多生態水文過程。除了入滲量,水分運移行為也對土壤水分的分布格局、儲存能力起著至關重要的作用。影響土壤水分運移行為(優先流和基質流)的因素有土壤質地、孔隙結構、大裂縫、植物根系、耕作方式、地膜殘留物、動物穴道等。目前關于腐根系、老根系、新生根系對水分運移行為的影響已有大量報道,但有關不同形態根系對土壤水分入滲運移行為的影響的相關研究仍較為缺乏。

  為定量評價不同形態特征的植物根系對土壤水分入滲運移行為的影響,中國科學院西雙版納熱帶植物園生態水文研究組助理研究員蔣小金、研究員劉文杰等選取橡膠樹的細根系(云南省熱帶區)、互米花草的光滑根系(江蘇省灘涂地)、玉米的須根系(甘肅省農耕地)為研究對象,采用染色示蹤等方法對土壤導水率、水分運移行為和分布格局等進行了相關實驗,并對入滲參數、土壤物理性質之間的關系做了冗余分析。結果表明,不同形態的根系對土壤物理性能和水分運移行為的影響不同。在農耕土壤中,玉米須根系使得土壤飽和導水率(Ks)、非毛管孔隙度(?n)分別增加了252%、26%,水分在須根系誘導下優先滲入土壤,其后的足量水分儲存在孔隙良好的耕作層中,為玉米生長用水提供了保障;在灘涂土壤中,容重高、導水率低的淤泥層阻擋了水分下滲、導致了大量地表徑流,而在互米花草光滑根系生長處的土壤飽和導水率(Ks)、非毛管孔隙度(?n)則分別增加了93%、92%,光滑根系輕易地穿透了淤泥層、誘導了水分的快速下滲、誘發了優先流和淤泥層間的側流(層間高導水率的沙壤土所致),為水分(降雨)及時從海岸排放到海洋提供了保障。在熱帶土壤中,單作橡膠林的管理方式導致了土壤容重增加、雨水入滲緩慢,但在細根系處的土壤飽和導水率(Ks)、非毛管孔隙度(?n)則分別增加了96%、234%,細根系誘導了雨水快速入滲到深層土壤、大量儲存于土壤孔隙中,即細根系誘發的水分分布格局保障了橡膠樹對土壤水分的及時需求。

  該研究表明,植物根系通過生長活動增加了它們與土壤基質之間的非毛管孔隙,為土壤水分的有效傳輸(導水率提高所致)、高效儲備(非毛管孔隙增多所致)打下了基礎。因此,從這個角度而言,森林生態系統遍布土壤層中豐富多樣的根系形態是其發揮強大生態水文功能、水土保持效應的重要保障。此結果也為營造固土保水的“環境友好型”復合人工林提供了重要參考。

  相關研究成果以Effects of three morphometric features of roots on soil water flow behavior in three sites in China為題,發表在土壤學期刊Geoderma上。該研究得到了中科院青年創新促進會、國家自然科學基金委、云南省中青年學術帶頭人后備人才項目、版納植物園“135”方向一等的資助。

 
 
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