狗牙根（Cynodon dactylon）是生态绿化、固土护坡、植被重建和水土保持的常用草本植物，其发达的根系网络和独 特的生长特性对于土壤孔隙的形成和空间重组具有重要影响。然而，目前相关研究多聚焦于其根系对土壤团聚体形成和稳定 的作用，根系生长过程对土壤孔隙的动态影响尚不清楚。本研究采用盆栽试验，选取狗牙根为模式植物，西南山地丘陵区典 型紫色土和黄壤为培养基质，设置紫色土单种（G）、紫色土空白（CK）、黄壤单种（YG）和黄壤空白（YCK）4 种不同处 理。利用微根窗技术连续采集不同处理下的土壤剖面图像，通过优化的根系提取算法和图像处理技术量化不同时期的狗牙根 根系性状和土壤孔隙结构参数，结合统计分析，探究狗牙根根系生长动态及其对土壤孔隙结构演变的影响。结果表明：（1） 狗牙根在紫色土和黄壤中均呈生长状态，其根系生长速率在不同土壤类型间表现为：紫色土>黄壤，紫色土狗牙根的根长、 根表面积和根体积分别是黄壤培养条件下的近 3 倍；（2）与未种植植物的 CK 和 YCK 相比，狗牙根的生长显著降低了紫色土 和黄壤的孔隙数目、孔隙度和孔隙分形维数，并且根系对土壤孔隙的降低作用随根系生长不断增强；（3）冗余分析表明，根 系累计解释了 40.60% 的土壤孔隙结构变异，根长、根表面积和根体积是降低土壤孔隙结构参数的关键根系性状。综上所述， 通过优化的微根窗技术实现了植物根系和土壤孔隙的定点连续观测，发现狗牙根在生长期间显著降低了孔隙数目等参数，这 为根-孔交互作用的原位、无损、动态研究提供了方法学支撑，也为生态脆弱区植被恢复和水土保持提供了理论依据。

 关键词：根系性状；土壤孔隙结构；微根窗技术；根-孔交互作用

中图分类号：S152.5 文献标志码：A

1.1   试验设计 本研究采用盆栽试验法，于 2022 年 3 月在中国科学院重庆绿色智能技术研究院试验场进行。试验点位 于 29°48′ N，106°32′ E，海拔 450 m，属亚热带季风性湿润气候，年均温为 16 ~ 18 ℃，年均降雨量在 1 000 ~ 1 500 mm，年均湿度介于 70% ~ 80%之间。根据不同土壤类型的基本颗粒组成和土壤结构差异，供试土 壤选择西南山地丘陵区典型紫色土和黄壤，紫色土采自重庆市北碚区万寿桥村坡耕地（海拔 330.8 m），黄 壤采自重庆市北碚区缙云山林下土（海拔 870.30 m），土壤均采自 5 ~ 30 cm 土层，土壤基本理化性质采用 常规方法测定[25-26]，测定结果如表 1 所示。供试植物为狗牙根（Cynodon dactylon），采自重庆市开州区白 家溪。

1.2   图像采集 本研究利用复合根系观测系统（AZR-300，北京澳作生态仪器有限公司，中国）采集微根窗图像，该 系统由一体化探头、调节控制装置（光源控制盒）、标定手柄、计算机和图像分析软件 WinRHIZO Tron MF 2020 等组成（图 2）。将一体化探头由控制总线和 USB 延长线连接至平板电脑，通过图像采集软件“蓝牙 调试器”以 1200 dpi 分辨率对根管进行分层扫描，扫描的图像保存在一体化探头 SD 卡中，以.JPG 格式存 储。

4 结 论 本文基于微根窗优化技术研究了狗牙根根系生长动态及其对土壤孔隙结构的影响，揭示了根系调控孔 隙结构演变的关键根系性状。结果表明：（1）狗牙根在监测期间处于生长状态，紫色土中，狗牙根的根长、 根表面积和根体积是黄壤培养条件下近 3 倍，土壤养分含量是限制黄壤狗牙根生长的主要因素；（2）不同 土壤类型的孔隙结构差异显著，黄壤的孔隙直径、孔隙数目、孔隙度和孔隙分形维数均显著高于紫色土， 表明黄壤具有更好的土壤结构，表现为土质更加疏松，土壤透水透气性更强；（3）狗牙根生长对紫色土和 黄壤的孔隙结构参数均具有显著降低作用，根长、根表面积和根体积是降低土壤孔隙结构参数的关键根系 性状。综上所述，将微根窗技术应用于孔隙结构研究，可充分发挥该技术的原位、无损、动态、可视化、 可重复的优势。结合其根系研究用途，可为田间条件下根-孔交互作用的原位动态研究提供方法学支撑。本 研究利用该技术探究了狗牙根根系生长对孔隙结构演变的影响，明确了狗牙根各根系性状对孔隙结构的作 用差异，为退化土壤的结构改善，修复植物的性状选择提供了技术和理论支撑。

论文链接：https://link.cnki.net/urlid/32.1119.P.20240718.1649.006