版納植物園揭示不同形態(tài)根系對土壤水分入滲運移行為的影響

　　土壤水分入滲是陸地生態(tài)系統(tǒng)水分循環(huán)、水分利用、水土保持功能得以順利實現(xiàn)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(yīng)、地下水補給等諸多生態(tài)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(guān)重要的作用。影響土壤水分運移行為（優(yōu)先流和基質(zhì)流）的因素有土壤質(zhì)地、孔隙結(jié)構(gòu)、大裂縫、植物根系、耕作方式、地膜殘留物、動物穴道等。目前關(guān)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(guān)不同形態(tài)根系對土壤水分入滲運移行為的影響的相關(guān)研究仍較為缺乏。

　　為定量評價不同形態(tài)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(xué)院西雙版納熱帶植物園生態(tài)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(qū)）、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(nóng)耕地）為研究對象，采用染色示蹤等方法對土壤導(dǎo)水率、水分運移行為和分布格局等進行了相關(guān)實驗，并對入滲參數(shù)、土壤物理性質(zhì)之間的關(guān)系做了冗余分析。結(jié)果表明，不同形態(tài)的根系對土壤物理性能和水分運移行為的影響不同。在農(nóng)耕土壤中，玉米須根系使得土壤飽和導(dǎo)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(dǎo)下優(yōu)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(dǎo)水率低的淤泥層阻擋了水分下滲、導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)了水分的快速下滲、誘發(fā)了優(yōu)先流和淤泥層間的側(cè)流（層間高導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)水率（Ks）、非毛管孔隙度（?n）則分別增加了96%、234%，細根系誘導(dǎo)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(fā)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(zhì)之間的非毛管孔隙，為土壤水分的有效傳輸（導(dǎo)水率提高所致）、高效儲備（非毛管孔隙增多所致）打下了基礎(chǔ)。因此，從這個角度而言，森林生態(tài)系統(tǒng)遍布土壤層中豐富多樣的根系形態(tài)是其發(fā)揮強大生態(tài)水文功能、水土保持效應(yīng)的重要保障。此結(jié)果也為營造固土保水的“環(huán)境友好型”復(fù)合人工林提供了重要參考。

　　相關(guān)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(fā)表在土壤學(xué)期刊Geoderma上。該研究得到了中科院青年創(chuàng)新促進會、國家自然科學(xué)基金委、云南省中青年學(xué)術(shù)帶頭人后備人才項目、版納植物園“135”方向一等的資助。