植物根系控制黄土土层风化淋溶机制的初步研究-中国科学.PDF

中国科学 D 辑 地球科学 2006, 36 (2): 195~200 195 植物根系控制黄土土层风化淋溶机制的初步研究∗ ①** ① ② ② ② ① ① 李 勇 张晴雯 万国江 黄荣贵 朴河春 白玲玉 李 璐 (①中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081; ②中国科学院地球化学研究所, 贵阳 550002) 摘要 植物群落根系对土壤元素迁移和矿物的风化淋溶具有显著影响. 从描述黄土土层地球 化学环境场分异的特征出发, 用原状土柱淋滤实验装置、根系大型挖掘剖面壁法及多元统计学方 法, 对陕北黄土丘陵沟壑区植物根系改善土壤环境场效应与土壤风化淋溶速率强化值的关系进 行了综合定量研究. 研究结果表明, 植物根系对土壤环境的改善效应主要受有效根(≤1 mm)密度 和根量控制, 主成分分析结果表明植物根系对土壤物理性质改善效应大于对土壤化学性质改善 效应, 根系控制土壤风化淋溶的主导因素依次是: 根系提高土壤渗透力、增加土壤生物活性物质 及稳定土层结构的动力学性质. 在对不同植物根系影响土壤中化学元素迁移和矿物风化速率主 导因素综合定量研究的基础上建立了数学模型, 此数学模型将有助于阐明林草群落根系控制土 壤风化淋溶作用的生物动力机制, 也可用于林草地对有关变量进行定量评价. 关键词 根系 土壤风化淋溶速率 土壤环境场 综合数值分析 数学模型 黄土高原 植被是维持生态平衡、改善生态环境的最重要因 2 土壤截面上 状况, 有效根密度的物理基础是 100 cm 素. 生态系统中植物根系控制土层风化淋溶的效应 ≤1 mm的须根的个数. 近 20 年来, 植物根系研究已 及机理研究是一个具有学科交叉性的新领域. 黄土 成为森林生态系统中的一个热点, 在国外受到广泛 及其上发育的土壤形成的环境差异, 主要是因为气 关注[5~10], 目前国内关于树木细根在森林生态系统的 候的变化, 以及由气候条件改变所造成的植被的差 养分循环和能量流动中的作用有一些报道[11~14]. 但 异[1]. 植被的繁生, 尤其是根系的缠绕、固结, 是黄土 是对于植物根系与土壤风化淋溶的定量关系没有报 土壤作用的重要机制[2]. 不同植被造成黄土及其上发 道, 实际上, 这对于确定根系强化土壤风化淋溶的有 育的土壤的物理及水力学性质有显著差异的重要机 效范围, 完整深刻地了解植被改善土壤物质组分的 [3] [4] 制就是其根系的分布特征不同 . 已有研究表明 , 动态及机理是非常重要的. 尤其对以生物和生物化 植