砾石对植物根系吸水过程的影响及机制

Rock fragments (size>2 mm) in soils strongly influence soil water distribution and exchange in soil-root system, which probably affects root water absorption of plants. It is still unclear that the influence and mechanism of rock fragments on the water absorption process of root system. It limits the better understanding the characteristics of water circulation in stony regions. This project will be conducted by a combination of soil column experiments of controlling water and laboratory analysis. The soil with no rock fragments is used as the controlling medium. We aim to investigate the effects of rock fragments with different absorbent characteristics on the growth and distribution of roots with different water stresses, analyze the changes of root water absorption and its influencing factors in different growth periods and soil depth in order to determine the influence of rock fragment on root water absorption and water absorption depth. The proportion of root water uptake from rock fragments is quantified by stable isotopic technology. This research will be conducive to understand the mechanisms of root water uptake and would provide a scientific basis for determining the hydraulic processes and enhancing water-use efficiency in the stony area. This research will also provide decision evidences for optimizing the managements of water resources as well as for the restoration of the vegetation in the stony regions.

土壤中砾石（直径>2 mm）的存在改变了土-根系统水分的分配和转化过程，可能影响植物根系吸水。砾石对根系吸水过程的影响及机制尚不明确，限制了土石混合介质区水分循环特征的全面认识。项目采用土柱控水试验与室内分析相结合的方法进行。以无砾石土壤为对照，研究不同水分胁迫条件下不同吸水特性的砾石对植物根系生长及垂直分布特征的影响，分析不同生育期和土层深度根系吸水量的变化规律及其影响因素，确定砾石对根系吸水量和吸水深度的影响。利用稳定同位素技术量化根系从砾石中吸水的比例，明确砾石对根系吸水过程的影响，揭示根系吸水机制。研究结果在理论上对于明确土石混合介质水文过程，提高植物水分利用效率具有重要的科学意义，在实践上可为优化土石混合区水资源管理，制定合理的植被建设方案提供科学依据。

土壤中砾石（直径>2 mm）的存在改变了土-根系统水分的分配和转化过程，可能影响植物根系吸水。砾石对根系吸水过程的影响及机制尚不明确，限制了土石混合介质区水分循环特征的全面认识。本项目通过土柱控水试验与室内分析相结合的方法进行。以无砾石土壤为对照，研究了不同水分胁迫条件下砾石对植物根系生长及垂直分布特征的影响，分析了不同生育期和土层深度根系吸水量的变化规律及其影响因素，以确定砾石对根系吸水量和吸水深度的影响。根系吸水过程中土壤-砾石中水分分配比例，结合稳定同位素技术植物水源解析，分析砾石对根系吸水过程的影响机制。研究结果表明，砾石含量和含水量对根系生物量和形态均具有显著影响，30%砾石-土壤混合介质中粗根和细根生物量最高，与均质土壤无显著差异，但高于10%和50%砾石-土壤混合介质。含水量小于田间持水量的60%时，砾石对细根生物才具有显著影响。根系生物量随含水量增加而升高。50%砾石-土壤混合介质中根系生物量小于均质土壤，且细根相对集中于浅层介质中。与均质土壤相比，土石混合介质中根系变的短粗，根系形态对砾石存在表现出一定程度的适应性。具（强）吸水性的料姜石与不具（弱）吸水性的卵石对根系吸水量和吸水深度的影响不同。充足和中等水分条件下，均质土壤和料姜石-土壤混合介质中根系吸水量高于卵石-土壤混合介质；水分胁迫条件下50%料姜石-土壤混合根系吸水量大于均质土壤和卵石-土壤混合介质。砾石的存在促使中等和水分胁迫条件下植物根系在浅层吸水比例增加。料姜石中水量占总水量比例超过10%，卵石含水量占总含水量比例不足4%。植物和砾石（料姜石）水氢氧同位素测定的结果可作为植物可从砾石中吸收利用水分的直接证据。研究结果在理论上对于明确土石混合介质水文过程，提高植物水分利用效率具有重要的科学意义，在实践上可为优化土石混合区水资源管理，制定合理的植被建设方案提供科学依据。