刺槐混交林根系形态与团聚体稳定性对黄土高原土壤可蚀性的调控机制

《CATENA》：Identifying the sources and accumulation trends of heavy metals in representative polluted farmland on the Loess Plateau

本研究聚焦黄土高原典型污染农田，通过分析刺槐与五种树种混交对土壤可蚀性K值的影响，揭示了根系形态（如根长密度）与团聚体稳定性（如MWD）是调控土壤抗蚀性的关键。研究证实基于团聚体粒径分布估算K值在TORRI和EPIC模型中的适用性（R2=0.26-0.52），为混交林改造及水土保持提供了科学依据。

　　

Highlight

五种典型刺槐混交林的根系性状

不同刺槐混交林下草本植物的根系形态性状存在显著差异（图2）。五种刺槐混交林的根质量密度、根长密度、根表面积密度和根体积密度范围分别为1.19至1.84 kg/m³、12.49至14.09 km/m³、6.62至9.22 m²/m³以及0.0009至0.0022 m³/m³。根质量密度、根表面积密度和根体积密度的最小值均出现在刺槐×沙棘混交林中。

刺槐混交林根系形态性状对土壤可蚀性的影响

本研究表明，由刺槐混交改造驱动的根系形态性状对土壤可蚀性具有显著影响。根质量密度、根长密度、根表面积密度和根体积密度常被用来量化根系对土壤可蚀性的影响。根质量密度指示根系干物质含量，而根长密度评估根系在土壤中的生长和延伸能力。根表面积密度反映了根系与土壤的接触面积，根体积密度则表征了根系在土壤中所占的空间比例。这些根系参数通过影响土壤结构，特别是团聚体稳定性，进而调控土壤抵抗降雨击溅和径流冲刷的能力。

结论

在刺槐林混交改造的背景下，基于土壤团聚体估算土壤可蚀性（修正后的K值）在黄土高原是可行的，这支持了本研究的假设。刺槐与山杏、山桃和油松混交降低了土壤可蚀性，而与沙棘和紫穗槐混交则增加了土壤可蚀性。浅沟的根系性状和土壤性质与坡面不同，导致其土壤可蚀性平均高出7.18%。刺槐混交引起的根系性状和团聚体稳定性变化共同解释了93.5%的土壤可蚀性变异，其中团聚体稳定性是影响土壤可蚀性的主要因素。根系主要通过增强团聚体稳定性来间接降低土壤可蚀性。研究结果明确了适合混交造林的树种，为优化人工林改造提供了科学参考。