内蒙古农牧交错带柠条锦鸡儿平茬对植物根系和土壤水分的影响机理

The agro-pasture zigzag zone in Inner Mongolia is a transition between the North China farmland ecosystem and the grassland ecosystem, and thus plays a critical ecological role. However, this zone is faced with increasingly severe ecological problems, such as weakening of ecological functions, grassland degradation, and soil desertification. In this study, typical man-made Caragana korshinskii forests in the agro-pasture zigzag zone were selected as the targets. By combining field tests and indoor analysis, we investigated the changes of plant roots and soil moisture in C. korshinskii forests under different stumping patterns for the first time. We analyzed both vertical and horizontal changes of roots and soil moisture in C. korshinskii forests under different stumping patterns, and discussed the mechanism how root growing characteristics and root-zone soil moisture responded to stumping. This study provides a scientific basis for effective prevention & handling of soil desertification, regional vegetation restore and eco-environmental construction in the agro-pasture zigzag zone.

内蒙古农牧交错带是北方农田生态系统和草地生态系统的交界地带，生态地位举足轻重。针对目前该区域生态功能脆弱，草地退化、土壤沙漠化等生态问题日趋严重的特点。以内蒙古农牧交错带为研究区域，选择典型人工柠条锦鸡儿林地，采用野外试验与室内分析相结合的方法，首次就不同平茬方式下的柠条锦鸡儿林地植物根系和土壤水分变化作研究。分析不同平茬方式下柠条锦鸡儿根系和土壤水分在垂直方向和水平方向上的变化，根系生长特性与根系层土壤含水量对平茬的响应机制。研究结果旨在为有效防治农牧交错带土壤沙化，区域植被恢复和生态环境建设提供科学依据。

内蒙古农牧交错带是北方农田生态系统和草地生态系统的交界地带，生态地位举足轻重。针对目前该区域生态功能脆弱，草地退化、土壤沙化等生态问题日趋严重的特点，本项目以内蒙古农牧交错带为研究区域，选择典型柠条锦鸡儿人工林地，采用野外试验与室内分析相结合的方法，首次就不同平茬方式对柠条锦鸡儿生理、生态特征的影响，对柠条锦鸡儿根系动态生长特征的影响以及对柠条锦鸡儿根系与土壤水分的耦合关系作了研究。研究发现：1）不同平茬处理均改变了柠条锦鸡儿生长和生理特征。平茬后柠条锦鸡儿当年生枝条长度和基径显著增加，而株高、冠幅和当年生枝条数量显著减小，且柠条锦鸡儿生长模式出现超补偿，其中留茬高度为10cm的平茬方式，其地上各项生长指标表现出一定优势。平茬处理显著提高了柠条锦鸡儿当年生枝条生长速率，显著降低了柠条锦鸡儿的茎/叶比。2）平茬处理可以使柠条锦鸡儿气孔导度显著增加，气孔限制值减小，净光合速率显著增大，并出现补偿性光合作用。同时，由于气孔开放使得蒸腾速率显著增大，水分利用效率随之减小。平茬处理也使得柠条锦鸡儿叶片相对含水量显著增加，总体表现为留茬高度为10cm时的柠条锦鸡儿生长发育情况最优。3）随根序序级的增加，柠条锦鸡儿细根根序长度、直径均增大，平茬处理后柠条锦鸡儿的根序直径整体（除4级根序以外）较对照有所上升，其中增加最明显的是5级根序；根序长度中1级根序略低于对照组，其他序级细根根长均大于对照。4）柠条锦鸡儿细根生长参数在整个生长季（4-10月份）表现为：现存量和生长速率呈单峰型变化趋势，具体表现为先上升，7月达峰值，之后又降低；死亡速率表现为随时间的推移逐渐增大；生死比表现为随时间的推移逐渐下降。不同平茬处理后的柠条锦鸡儿生长参数均大于对照。5）柠条锦鸡儿细根表面积密度与土壤含水率在垂直和水平方向上均呈极显著相关关系。经回归分析建立柠条锦鸡儿细根表面积密度与土壤含水率之间的关系模型并对模型进行验证，验证结果发现该模型可以很好地描述两者之间的关系（R2=0.84，P<0.01）。项目研究结果可为区域植被恢复和生态环境建设提供科学依据。