刺槐根系分泌物类似物对黄土持水性能与毛细作用的调控机制研究

《Journal of Hydrology X》：Effects of root exudates analogues of Robinia pseudoacacia L. on water retention capacity and capillary rise in loess: An experimental study

本研究通过实验探讨刺槐根系分泌物类似物对黄土持水能力（SWCC）和毛细上升的影响，发现分泌物可显著提升土壤空气进入值（AEV）达88.89%-872.22%，并通过增加吸附水含量、减小水力半径及增强疏水性（接触角增至114.54°）调控水分运移机制，为植物-土壤互作在水文过程（如地下水补给、边坡稳定）中的建模提供新见解。

　　

Highlight

根系分泌物对土壤-水特征曲线（SWCC）的影响

如图6所示，刺槐根系分泌物在不同浓度（0.004、0.010、0.020和0.050 g/g）下处理的黄土SWCC曲线均通过van Genuchten模型拟合。结果表明，根系分泌物通过增加吸附水含量，有效缩小了土壤中的流动空间，从而显著增强黄土的持水能力。在低吸力段（<1000 kPa），低浓度分泌物（≤0.010 g/g）即可显著提升持水性；空气进入值（AEV）因分泌物作用增幅达88.89%至872.22%。

吸附水在根系分泌物处理黄土中的作用

吸附水（或称束缚水）是影响土壤水力与力学性质的关键因素。基于扩散双电层理论，黏土颗粒表面带负电，能通过静电作用极化水分子，形成定向排列的吸附水层（图13b）。根系分泌物中的有机成分（如氨基酸）可进一步强化这种极化效应，增加吸附水厚度，进而影响毛细水的运移路径和效率。

结论

本研究通过系统实验得出以下结论：

1. 1.
   刺槐根系分泌物显著增强黄土持水能力，尤其在低吸力段效果突出；
2. 2.
   分泌物浓度升高会提升土壤疏水性（接触角从18.06°增至114.54°），抑制毛细上升速率与吸水量；
3. 3.
   吸附水含量增加与水力半径减小是持水性增强的核心机制；
4. 4.
   毛细上升后土壤电导率升高，可能与水分减少、离子浓度上升及微生物活动协同作用有关。