渝北水源区水源涵养林构建模式对土壤渗透性的影响

土壤渗透性是评价土壤水源涵养作用重要指标之一,其受制于许多外在和内在因素的影响,与植被类型、土壤结构、土壤种类和降雨强度等关系密切。为探讨不同构建模式水源涵养林对土壤渗透性能的影响,以裸地为对照,以土壤初渗速率,稳渗速率,平均渗透速率和渗透总量表征土壤渗透性,对重庆北部水源区8种不同构建模式的水源涵养林地的土壤渗透性及其与理化性质的关系进行研究。结果表明:不同模式水源林地和同一模式林地不同层次土壤渗透性能存在较大差异,各林地土壤渗透性随土壤深度的增加而降低,母质层土壤渗透性受林分类型和林分结构等外界条件的干扰较小,差异不显著;8种林地土壤渗透性均好于裸地,各林地土壤渗透性能大小依次为:广东山胡椒×杉木混交林马尾松×柳杉混交林(火烧迹地)四川大头茶×四川山矾混交林毛竹×四川山矾×马尾松混交林马尾松×广东山胡椒混交林马尾松×四川大头茶混交林广东山胡椒×四川杨桐混交林毛竹纯林裸地,根据土壤渗透能力可将8种模式林分类型分为4类:第1类,广东山胡椒×杉木混交林和马尾松×柳杉混交林,土壤渗透性最好;第2类,四川大头茶×四川山矾混交林,土壤渗透能力较好;第3类,毛竹×四川山矾×马尾松混交林、马尾松×广东山胡椒混交林、广东山胡椒×四川杨桐混交林、马尾松×四川大头茶混交林,土壤渗透性好;第4类,毛竹林和裸露地,土壤渗透性最差。以广东山胡椒和杉木混交的林分模式的土壤渗透性最好,毛竹纯林地最差,毛竹纯林对提高土壤渗透性作用较差,营林时适当增加毛竹林中其他树种的混交比例可增强林地土壤渗透性能。通用经验方程对各林分土壤入渗过程的拟合效果最好,比较适用于描述本研究区域水源涵养林地土壤入渗特征的模型,Kostiakov方程拟合效果次之,Horton方程最差;结合相关分析,筛选出9个极显著或显著影响土壤渗透性能的土壤理化性质因子,通过主成分分析法,得到土壤渗透性能综合参数α及与其极显著相关因子的综合参数β,并构建土壤渗透性各指标及其综合参数α与β的线性回归模型,为重庆北部的水源涵养林建设和防治水土流失提供理论依据。     

不同护坡草本植物的根系特征及对土壤渗透性的影响

为明确三峡库区植被边坡植物物种根系特征与土壤渗透性之间的关系,以裸地为对照,应用WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统对香根草(Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)、狗牙根(Cynodon dactylon (L) Pers.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)等4种护坡草本的根系特征进行定量分析.结果表明:(1)紫花苜蓿和香根草的根长密度和根表面积密度显著大于狗牙根和百喜草;(2)不同草本类型和同一草本不同土层之间土壤渗透性存在较大差异,且各草本土壤渗透性随土层深度的增加而降低;相对于裸地而言,4种草本均能显著增强土壤渗透性,其土壤渗透性优劣表现为:香根草＞紫花苜蓿＞百喜草＞狗牙根;(3)土壤的初始入渗率、稳渗率、平均渗透率和渗透总量等各参数均随根长密度和根表面积密度增大而增强,且与直径介于0.5-5 mm不同径级的根系特征之间存在明显的相关性,故根系对土壤渗透性的增强作用主要归功于0.5-5 mm径级的根长密度和根表面积密度;(4)根长密度、根表面积密度对考斯加科夫入渗模型参数K和a有较大影响,随着根长密度和根表面积密度的增加,表征土壤初始入渗率的K值逐渐增大,而表征入渗能力衰减的参数a逐渐减小.     

一种量化根系抗侵蚀指标的构建及应用:根系构架抗蚀指数

在侵蚀环境下,植被地下部根系系统的相互匹配是植被群落持续发挥抗侵蚀作用的关键。本研究尝试引入Amoeba图形法,从根系形态、数量和空间3个维度建立根系构架抗蚀指数(ERI_rf,%)来量化表征植被群落根系抗侵蚀功效,并分析黄土丘陵区撂荒地、柠条群落和刺槐群落植物根系的生长特征。结果表明: 本研究构建的根系构架抗蚀指数的参数包括: 根系构架作用系数(α)、根系密度(R_b,kg·m^-3)、根系构架度(S)、土壤容重(ρ,g·cm^-3)和水土保持作用系数(φ),表达式为: ERI_rf=α×R_d×S×φρ×100%;根系构架抗蚀指数能够较好地表征植被群落土壤抗侵蚀能力,且对数函数能较好地拟合土壤抗侵蚀能力与根系构架抗蚀指数之间的关系。期望本研究结果为抗侵蚀植被群落构建与生态建设评估提供科学参考。     

滇中退化山地不同植被恢复下土壤碳氮磷储量与生态化学计量特征

植被恢复对土壤营养元素的存赋及其生态化学计量特征的影响广受关注,为了深入了解不同植被恢复类型下土壤碳、氮、磷储量与生态化学计量特征,选择滇中地区退化山地飒马场流域具有代表性的4种不同修复阶段的典型植被(荒坡灌草丛、云南松林、针阔混交林和次生常绿阔叶林)为研究对象,分析了不同植被类型下不同深度土壤中有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)储量和化学计量变化特征。结果表明,退化山地的植被恢复显著改变土壤碳氮磷储存能力和化学计量比,这种改变作用整体上随土壤深度增加而降低。其中,在0—60 cm土层上,SOC储量在次生常绿阔叶林最高,达123.41 t/hm~2,其次是针阔混交林(115.69 t/hm~2)和云南松林(93.08 t/hm~2),荒坡灌草丛(89.56 t/hm~2)最低;TN储量针阔混交林(4.91 t/hm~2)次生常绿阔叶林(4.58 t/hm~2)云南松林(4.43 t/hm~2)荒坡灌草丛(3.98 t/hm~2),4种植被类型间差异显著;TP储量云南松林最高(2.57 t/hm~2),次生常绿阔叶林(2.2 t/hm~2)最低;4种植被类型下土壤C/N介于15.77—30.18,C/P介于29.24—65.33,N/P介于1.28—2.68之间,在0—60 cm土层上均以次生常绿阔叶林最高。植被类型和土壤深度及其交互作用显著影响研究区的SOC、TN和TP储量和化学计量比。分析认为,退化山地不同植被类型对土壤碳氮磷储量和化学计量的影响过程复杂,修复演替进入到次生常绿阔叶林阶段土壤理化性质显著提升,该地区植被修复主要受到氮的限制。研究表征了滇中退化环境植被恢复过程中土壤主要元素变化特征,为揭示植被恢复与土壤生态功能演变关系提供数据支持。     

东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评价

森林植被发挥着涵养水源的作用,主要表现在以下几个方面:对降水的截留与再分配;调节河川径流,调节林内小气候,减小林内地表蒸发,改善土壤结构,减少地表侵蚀等. 通过对几种林分各层拦蓄降水和保土功能指标定性评价的基础上,用综合评定法对不同林分水源涵养和保土功能进行综合评价,选择出综合功能最好的林分,以期为北京山区的生态环境建设、植被恢复与保护提供一定的依据。在测定东灵山4种森林植被林冠层、枯枝落叶层和土壤层蓄水和土壤保持功能指标的基础上,采用综合评定法对4种森林植被水源涵养和土壤保持功能进行了评价。结果表明:各植被类型的林冠层截留各不相同,在雨季(6-9 月份) 辽东栎林的截留率最大,华北落叶松的最小;枯落物最大持水深以辽东栎林的最大,油松的最小;土壤水文特性各异,0-80 cm 土层平均容重以落叶阔叶林的最小,华北落叶松的最大;稳渗速率以落叶阔叶林的最大,油松的最小,初渗速率以辽东栎林的最大,油松的最小。不同林分水源涵养和土壤保持综合能力由大到小顺序为落叶阔叶混交林、辽东栎林、华北落叶松林、油松林。常绿阔叶灌丛水源涵养和土壤保持综合能力评价值(0.1039) 比其它植被类型少3个数量级,说明其水源涵养和土壤保持功能明显优于其它植被类型。由此可见,树种组成丰富、林下灌草盖度高、枯落物储量多的落叶阔叶混交林水源涵养和土壤保持能力最强,优于单一的阔叶林,而油松林最差。     

渝东山地黄壤肥力变化与植物群落演替的关系

从土壤的理化因子出发,利用综合评价的方法,对渝东地区城口县坪坝区大巴山南坡山地黄壤的土壤肥力变化特征与地上植被类型之间的关系进行了研究.结果表明,马尾松林、杉木林、落叶栎类林、茶树林和常绿阔叶林下土壤肥力的综合指标值分别为0.1256、0.2085、0.351、0.2479、0.9329.阔叶林(落叶栎类林、茶树林和常绿阔叶林)下山地黄壤的土壤肥力综合指标值均大于针叶林(马尾松林、杉木林)下山地黄壤的土壤肥力综合指标值.即使在同一植被类型下,由于建群种的不同,其土壤肥力综合指标值也不相同.根据植物群落演替的过程可以断定土壤的发育与植物群落演替是两个密不可分、相辅相成的过程.     

多水平贝叶斯模型预测森林土壤全氮

多水平贝叶斯方法阐明了预测中观测值、模型和参数的不确定性,被越来越多的生态学家所使用.应用多水平贝叶斯方法建立了北京八达岭地区森林土壤全氮模型,分析了模型参数及其不确定性,并对该区不同土壤层(A、B、C)全氮含量进行了预测.得到如下结论:(1)该区森林土壤全氮多水平贝叶斯模型为yi～N(β0j[i],k[j]+β1j[i],k[j]xi,σ2y).(2)对模型参数和其曲线不确定性分析表明,该模型能够很好的预测该区土壤全氮含量.(3)模型预测表明:土壤A层,随着海拔的增加,全氮含量递增.土壤B层,随着海拔的升高,植被类型0、1、2、3土壤全氮含量递增,而植被类型4土壤全氮含量出现递减现象.土壤C层,随着海拔的增加,植被类型0土壤全氮含量递增,而植被类型1、2、3、4土壤全氮含量均表现为递减.各植被类型土壤全氮含量都随着土层的深度而减少.     

鼎湖山自然保护区土壤有机碳贮量和分配特征

基于61个土壤剖面的数据,分析了鼎湖山自然保护区4种自然植被类型(沟谷雨林、季风常绿阔叶林、山地常绿阔叶林和山地灌木草丛)和4种次生植被类型(马尾松针叶林、针阔混交林、次生季风常绿阔叶林和常绿灌丛)的土壤有机碳贮量及其分配特征.结果如下(1)各植被类型土壤有机碳含量随深度增加而减少,但植被类型不同其减少程度不同.除 >40cm土层外,自然植被类型的土壤有机碳含量明显高于次生植被类型.(2)土壤碳密度和土壤有机碳含量一样随深度增加而减少.两大植被类型间比较,除山地灌木草丛 >40cm土层外,自然植被类型各个土层土壤碳密度都高于所有的次生植被类型对应的碳密度.对于整个土层而言,各植被类型土壤碳密度在30.9～127.9 t/hm2间,总平均为73.9 t/hm2.(3)各植被类型的土壤厚度平均为36.7～73.3cm,总平均为56.4cm.除了山地常绿阔叶林外,土壤厚度基本上沿海拔高度增加而减少.(4)保护区各植被类型总面积为1028.4 hm2,土壤总碳贮量为72287.0 t,其中0～10、10～20、20～40cm和 >40cm四个土层分别占32.0%、20.6%、25.8%和21.6%.自然植被土壤碳贮量在表层(0～20cm)的比重比次生植被的高.所有的植被类型中,混交林碳贮量贡献最大,季风常绿阔叶林次之.自然植被类型土壤在碳贮存方面发挥积极的作用.(5)通过比较,鼎湖山保护区土壤碳密度整体较低,表层土壤碳贮量贡献较大.分析表明人为干扰是制约土壤碳贮存量大小的重要因素.     

镜泊湖岩溶台地不同植被类型土壤微生物群落特征

为了探讨不同演替阶段植被类型土壤微生物群落特征,分别选取镜泊湖岩溶台地草本、矮灌木、高灌木、小乔木与灌木混生(简称混生)群落、落叶阔叶林及针阔混交林6种典型植被类型,进行植物群落调查和对土壤微生物生物量、群落结构和多样性指标、土壤物理化学性质的测定。结果表明：从土壤微生物量、土壤微生物群落组成、土壤微生物代谢动力学过程和代谢功能多样性的角度来看,各种植被类型土壤微生物群落具有明显的差异。演替前期的草本群落土壤微生物量碳氮、细菌生物量、真菌生物量,代谢活性及丰富度指数均最低,但Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数显著(P<0.05)高于其他植被类型。矮灌木土壤微生物群落组成显著受植被类型的影响。高灌木群落和混生(小乔木与灌木混生)群落具有极强的相似性, 但在碳源利用类型上两者表现出一定的差异。落叶阔叶林代谢活性最高,碳源利用能力最强,能利用BIOLOG微孔板中的所有31种碳源,这与其具有较高的微生物量碳氮和细菌生物量一致,其代谢功能丰富度最高。演替后期的针阔混交林下的土壤pH最低,真菌比例升高,在碳源丰富的条件下具有极强的竞争优势(仅次于落叶阔叶林),但在碳源贫瘠的条件下其利用碳源能力较弱(仅高于草本)。植被可能主要通过土壤全磷和有机质影响土壤微生物代谢功能多样性。     

退化红壤植被恢复对土壤螨类群落结构的影响

对退化红壤地区的旱生性草坡、稀疏针叶林、针叶林、针阔混交林等4种植被恢复类型及裸地、顶级常绿阔叶林等2个对照样地的土壤螨类群落进行四季调查,共捕获4亚目53科,其中隐气门亚目27科（Cryptostigmata）,前气门亚目（Prostigmata）17科,中气门亚目（Mesostigmata）8科,无气门亚目（Astigmata）1科,优势类群为矮汉甲螨科（Nanhermanniidae）和单翼甲螨科（Haplozetidae）,常见类群包括若甲螨科（Oribatulidae）、盖头甲螨科（Tectocepheidae）等16科。应用个体密度、类群数、香农多样性、密度．类群DG指数、丰富度和均匀度、甲螨群落的MGP分析和捕食性螨类MI指数,研究其中螨类的群落结构特征。研究结果表明：不同植被类型土壤螨类群落差异显著,各项指标均以常绿阔叶林为最高,其次为稀疏针叶林,显著高于其它样地（P〈0．05）,针叶林和裸地处于最低水平。甲螨群落类群结构中,各植被类型中的甲螨群落均属于M型;甲螨个体密度结构类型中,裸地属于MP型,旱生性草坡属P型,常绿阔叶林属于O型,其它均属于M型。中气门螨类的MI指数在各植被类型没有明显的变化。DCA分析将6类型分为3类：裸地、常绿阔叶林各为一类,其余各类型归为一类,这显示了土壤螨类群落对植被恢复不同类型的响应。     

太行山南麓山区不同植被恢复类型土壤理化和细根结构特征

在干旱半干旱地区,由于水分匮乏、土壤贫瘠等因素,将形成一定的裸地斑块,而这些斑块极易造成水土流失、滑坡等灾害,而具有不同植被覆盖的林地则能有效的保持水土。为完善干旱半干旱地区不同植被恢复类型下土壤理化和细根特征,选择太行山南麓山区具有代表性的裸露地、草地、荆条地、侧柏地、栓皮地和刺槐地等植被恢复类型,比较了各植被恢复类型下的土壤养分、粒径及细根状况等差异。研究表明:1)相对于裸露地,有植被覆盖的植被恢复类型拥有良好的土壤及细根状况。2)在不同植被类型中,刺槐林的有效氮转化速率较高;侧柏林有较高的细根参数;草地能够提高土壤中可吸收的磷组分。3)林地类型和土层均对土壤中含水率、黏粒、细根生物量和比根长产生极显著影响(P0.001)。4)各植被类型的对于土壤斑块的利用能力不同;不同植被类型中土壤及细根状况变化量具有一定的相似性,研究为生态恢复中植被类型的合理布局提供了新思路。     

太行山区不同植被群落土壤微生物学特征变化

为评价太行山区不同植被群落土壤微生物学特征,比较分析了针阔混交林、针叶混交林、针叶纯林、落叶阔叶纯林、灌丛和裸露地6种不同植被群落中的土壤微生物区系、微生物生物量和呼吸强度等指标的变化.结果表明,6种不同植被群落土壤中的微生物学特征存在较大差异. 灌丛地在微生物数量和微生物生物量两项指标中均为最高,其余植被群落在这两项指标中的顺序从大到小依次为落叶阔叶纯林＞针阔混交林＞针叶纯林＞针叶混交林＞裸地,土壤呼吸强度也有相似的变化趋势.在进行退化山地的植被恢复时,应充分重视生态系统的自然恢复能力.     

甘肃小陇山林区不同生境类型蝶类多样性研究

于2006～2008年对甘肃小陇山林区不同生境类型中蝴蝶多样性进行了调查研究,研究中依据植被的不同将该林区的蝴蝶生境划分为6种类型:人工林、灌木丛和次生林、居民农田、针阔混交林、落叶阔叶林、针叶林。共获得蝴蝶标本5365只,隶属于11科116属210种。计算了6种生境类型中蝶类物种丰富度、相似性系数和多样性指数。不同生境中,灌木丛和次生林蝶类物种的多样性指数、丰富度和个体数量较高,人工林物种多样性指数、丰富度和个体数量较低;人工林与针叶林之间的相似性系数(0.4194)最高,针阔混交林与落叶阔叶林的相似性系数(0.2951)次之,人工林与灌木丛和次生林之间的相似性系数(0.0769)最低,表明各生境之间蝶类相似性系数很低。     

浙西南毛竹林覆盖对土壤渗透性及生物特征的影响

对浙西南山区4种不同覆盖年限下毛竹林地的土壤入渗、土壤理化性质、土壤根系和土壤动物特征进行了研究.结果表明:不同覆盖年限林地及同一林地不同土壤层次下土壤渗透性能存在较大差异,随着土层加深各林地土壤渗透性能均降低.渗透性能表现为覆盖1次林地＞未覆盖林地＞覆盖2次和3次后的林地.Kostiakov模型适合该研究区域的土壤水分入渗过程模拟.随着林地覆盖年限的增加(4～6年),林地土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、pH值显著降低,而土壤容重、有机质和全N含量则显著提高.土壤初渗率、稳渗率、平均渗透率和渗透总量等均随根长密度减少而变小,土壤入渗能力的变化与直径0.5～5.0 mm的根长密度有关.不同覆盖年限毛竹林地土壤动物的平均密度差异显著,覆盖1次的林地最高,而覆盖3次的林地最低.综合纲、唇足纲、倍足纲、膜翅目、伪蝎目等大中型节肢动物,蜱螨目甲螨亚目、中气门亚目,以及弹尾目棘跳科、长角跳科、疣跳科、驼跳科等小型节肢动物数量的减少不利于土壤水分入渗.毛竹林长期覆盖会使土壤理化性状劣变,减弱土壤入渗性能,限制土壤动物活动,进而导致毛竹林退化.     

贵州中部喀斯特山地不同植被生态系统细根生态特征及养分储量

为了解喀斯特生态系统退化过程中树木细根生物量和土壤养分的变化,选择贵州中部喀斯特山地乔木林、灌木林和灌草丛3种植被生态系统,比较分析不同深度(0～5 cm、5～10 cm和10～15 cm)土壤细根数量及其养分情况.结果表明:树木细根主要分布在0～10 cm土层,并随土层加深而减少.在0～10 cm土层中,乔木林、灌木林和灌草丛的活细根生物量分别占0～15 cm总细根生物量的42.78%、56.75%和53.38%,总活细根生物量的83.36%、86.91%和93.79%.不同植被下优势种植物细根生物量存在差异.0～5 cm土层乔木林活细根氮素和磷素储量均显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),但灌木林和灌草丛间没有差异;5～10 cm土层乔木林活细根氮和磷储量显著高于灌草丛和灌木林(P0.05),灌木林下又显著高于灌草丛下(P0.05).0～10 cm土层的活细根生物量与植株地上部分生物量呈正相关,植物叶片氮、磷养分含量与细根比根长呈显著的负相关,说明细根的养分储量对地上生物量的建成和生态系统功能的发挥具有重要作用.     

中国亚热带典型天然次生林土壤微生物碳源代谢功能影响因素

天然次生林地比人工林地不仅土壤肥力较高,且土壤碳代谢功能更强。然而维持天然次生林高碳代谢功能的原因尚不十分清楚。分析天然次生林中土壤微生物碳源代谢功能的影响因素对于调控土壤微生物的功能乃至天然次生林的保护具有重要意义。本文选择中国亚热带地区典型天然次生林,研究了土壤微生物碳源代谢功能与土壤化学和物理因素及植物因素的关系。结果表明,3类因素能显著解释土壤微生物碳源代谢功能54.4% 的变异。乔木层植物多样性、土壤碳氮比、pH值和含水量是导致天然次生林碳代谢功能差异的主要因素,分别显著解释了土壤微生物碳源代谢16.7%、12.4%、10.5%和10.5%的变异。天然次生林较低的土壤碳氮比、较高的土壤含水量和土壤pH值（酸性范围内）,有利于土壤微生物碳源代谢功能的提高,同时天然次生林较高的阔叶树种的比例也能增加土壤微生物碳源代谢功能。     

基于环境星与MODIS时序数据的面向对象森林植被分类

林区地形复杂、植被分布无序,且森林植被光谱信息相近,因而森林二级类型边界的确定成为土地覆盖遥感分类的难点。选择吉林省东部山区为研究区,以环境星影像(HJ-1 CCD)和中等分辨率成像光谱仪(MODIS)时序数据为基础,采用面向对象的分类方法进行森林植被类型的提取。分类特征参数主要选取了HJ-1 CCD的光谱和纹理特征,以及MODIS时序数据的物候特征。研究区总体分类精度为91.5%,Kappa系数为0.88,森林二级类型的分类精度均较高,其中落叶阔叶林的制图精度达到了97.1%。所用的面向对象分类方法与未加入物候特征的面向对象分类方法相比,森林二级类型的分类精度得到大幅度提高。     

川南天然常绿阔叶林人工更新后土壤团粒结构的分形特征

运用分形模型研究了川南天然常绿阔叶林及其人工更新成檫木(Sassafras tzumu)林、柳杉(Cryptomeria fortunei)林和水杉(Metasequoia glyptostroboides)林后土壤团粒结构,探讨了分形维数与林地土壤水源涵养功能、肥力特征和微生物数量之间的关系。结果表明:天然常绿阔叶林人工更新后土壤团粒结构的分形维数和结构体破坏率增大、土壤物理性质变差、养分含量和微生物数量降低,3种人工林中,檫木林较好、水杉林次之、柳杉林最差;土壤团聚体、水稳性团聚体和水稳性大团聚体含量越高分形维数越小;在湿筛条件下,土壤结构体破坏率随分形维数的降低而减小;土壤团粒结构的分形维数与土壤物理性质、养分含量和微生物数量之间存在显著的回归关系。这表明天然常绿阔叶林人工更新后由于不同林分对林地土壤组成结构的维护效果不同,导致更新后林地土壤物理、化学和生物性质变化,林地土壤团粒结构的变化,进而影响其分形维数的大小。因此,分形维数可作为天然常绿阔叶林及其人工更新后林地土壤水源涵养功能、肥力特征和微生物活动情况的一项综合性定量化评价指标。同时,为保护天然常绿阔叶林、选择适宜的更新树种和天然常绿阔叶林人工更新后林地土壤的科学管理提供依据,也为退耕还林中树种的选择提供参考。     

金沙江干热河谷典型林草地植物根系对土壤优先流的影响

为了明确土壤优先流形态特征以及植物根系对其形成的影响,以金沙江干热河谷元谋县苴那小流域典型植被类型银合欢人工林地和扭黄茅荒草地为研究对象,基于染色示踪法并结合Photoshop CS5和Image-Pro Plus 6.0图像处理技术,分析了2种植被下的土壤优先流形态特征和分布特征,并探究了植物根系对其的影响。结果表明: 林地和荒草地的土壤优先流染色面积具有明显差异,林地染色面积比总体随土壤深度的增加而减小,但部分地方表现出增大现象;荒草地染色面积比随土壤深度增加呈单调递减,林地优先流发生程度高于荒草地。根系对优先流的形成具有重要影响,根径0≤d≤5 mm和d>10 mm范围内,林地根长密度随着土层深度的增加呈单调递减趋势,5 mm<d≤10 mm根系根长密度在30～40 cm土层出现较大波动;荒草地各级根系根长密度均与土壤深度呈负相关关系。林地染色面积比与3 mm<d≤5 mm根径范围内的根长密度呈极显著相关,荒草地染色面积比与d≤3 mm范围的根长密度呈极显著相关;2种地类染色面积比均与1 mm<d≤3 mm范围的根重密度及d≤1 mm的根表面积呈极显著相关,与d>5 mm根径的根长密度、根重密度、根表面积的相关性不显著。研究区2种地类的土壤优先流染色面积总体变化趋势为随土壤深度的增加而减小,植物根系与土壤优先流的形成关系密切,其中,细根能显著促进土壤优先流的形成,粗根对优先流的形成具有局限性。     

Fine root response to soil resource heterogeneity differs between grassland and forest

Soil resource heterogeneity has clear effects on plant root development and overall plant performance. Here we test whether contrasting vegetation types have similar or different responses to soil patches of differing resource availability. We examined the fine root responses of grassland and forest vegetation at the northern edge of the Great Plains to transplanted patches of resource-poor and resource-rich soils, using rhizotron imaging. Every aspect of measured root behavior, including root length, production, mortality, turnover, variability and size distribution, varied significantly between patch types, and most aspects also varied between vegetation types. Most importantly, differential responses to patches between grassland and forest were shown by significant interactions between patch type and vegetation for two response variables. First, root length variability was significantly lower in resource-rich compared to resource-poor patches in forest but not grassland. Second, the proportion of very fine roots was significantly greater in resource-rich than resource-poor patches in forests but not grassland. Thus, compared to grassland, forest more fully occupied resource-rich patches relative to resource-poor patches by allocating more growth to very fine roots. We report the first example of significant differences between vegetation types (grassland and forest) in root responses to soil resource heterogeneity measured in a field experiment. The relatively high ability of forest roots to more fully occupy resource-rich patches is consistent with the global expansion of woody vegetation and associated increases in soil heterogeneity.