既往研究表明，黄土高原入渗过程中容易发生优先流，根系是关键因素。鉴于黄土高原上的大规模植被建设，必须研究根系变化如何影响优先路径的形成。本研究使用原位染料示踪剂实验和剖面成像方法研究了不同直径类别的根对优先路径的影响。结果表明：森林植被覆盖增加了土壤中根系的密度（根长密度、根表面积密度和根体积密度）。天然次生林 0—30 cm 土层优先路径总数为 2524 条，是油松人工林的 1.39 倍，是刺槐-油松混交人工林的 1.48 倍。优先路径主要分布在 0–15 cm 土层。在森林土壤中，优先路径的最大数量始终出现在 5 cm 深度，油松人工林的测量值为 803 条，刺槐-油松混交林为 568 条，天然次生林为 996 条。相比之下，草原土壤在 10 cm 深度表现出最多的优先路径（1181 条路径），在 5 cm 深度表现出较少的优先路径（414 条路径）。大多数优先路径的浸润孔径半径低于 5 mm。不同径级的根系促进了优先路径的形成，细根的作用比粗根更明显。黄土高原的植被恢复改变了渗透模式，需要关注优先流动，根系结构和密度对优先路径的发展产生重大影响，对该地区的森林和水文管理产生影响。

      该研究聚焦黄土高原典型植被根系对土壤优先入渗路径的影响，通过原位染色示踪和根系分析，揭示了植被恢复下根系分布与优先路径形成的关联机制，为区域森林水文管理提供了科学依据。核心内容如下：

      一、研究背景与目标

      背景：黄土高原植被恢复显著改变土壤入渗模式，优先流成为关键水文过程，根系是优先路径形成的核心驱动因素，但不同直径根系及植被类型的影响机制尚不明确。

      目标：量化典型植被（油松纯林、混交林、天然次生林、草地）的根系分布特征，分析优先路径的数量、孔径及分布，明确根系对优先路径的贡献程度。

      二、研究方法

      实验设计：在山西吉县蔡家川流域设置 4 种植被类型样地（3 次重复），采用亮蓝染料示踪模拟 60 mm/24 h 降雨，分析 0–30 cm 土层优先路径；同步采集根系样本，按直径分为 5 类（≤1 mm、1–2 mm、2–3 mm、3–4 mm、>4 mm），计算根长密度（RLD）、根表面积密度（RSD）、根体积密度（RVD）。

      数据分析：通过图像分析提取优先路径参数（数量、孔径半径），利用方差分析和 Pearson 相关分析探讨根系与优先路径的关系。

      三、关键结果

      1. 根系分布特征

      细根主导：细根（≤1 mm）在根长密度（RLD）中占比 83.97%–92.81%，根表面积密度（RSD）占比 54.28%–71.31%，是根系系统的主要组成部分。

      植被差异：天然次生林（SF）的根系密度（RLD、RSD、RVD）显著高于人工林（油松纯林 PP、混交林 MF），混交林和次生林中粗根（>4 mm）对根体积密度（RVD）贡献较高（39.97% 和 28.81%）。

      2.优先路径特征

      垂直分布：优先路径主要集中在 0–15 cm 土层，其中 5 cm 深度数量最多（次生林 996 条，油松纯林 803 条），草地则在 10 cm 深度达到峰值（1181 条）。

      孔径分布：超 80% 优先路径的孔径半径 <5 mm，天然次生林的大孔径路径（>5 mm）比例显著高于人工林（34.8%–36.3% vs. 23.5%–29.5%）。

      植被影响：次生林的优先路径总数（2524 条）为油松纯林的 1.39 倍、混交林的 1.48 倍；草地的路径数量整体较低，但在 10 cm 深度高于人工林。

      3.根系与优先路径的关系

      细根主导作用：细根（≤1 mm）与优先路径数量的相关性最强（RLD、RSD 相关系数 > 0.6），粗根（>4 mm）对路径数量无显著影响。

      密度效应：根系密度与优先路径数量呈多项式正相关，细根通过增加土壤孔隙异质性促进浅层优先路径形成。

      四、讨论与结论

      植被恢复的影响：天然次生林通过更高的根系密度和复杂结构（如细根密集分布和粗根深层穿透），显著提升优先路径的数量和连通性；人工林的路径发育较弱，混交林略优于纯林。

      水文与管理意义：优先流对深层土壤水分补给和边坡稳定性有重要影响，近自然造林（如模拟天然林结构）可优化水文效益；细根是浅层优先路径的关键驱动因子，需在植被配置中重点考虑。

      研究局限：示踪方法未区分水流强度，未来需结合 CT 扫描等技术分析优先路径三维结构及溶质运移机制。

作者：管凝    审核：张会兰    编辑：杨文悦