植被与土壤侵蚀的关系因其重要的科学意义备受关注,一直是地表过程领域关注的热点科学问题。植物群落是构成植被的基本单元。群落演替过程中,土壤与植物群落之间不断地进行着物质循环和能量流动。目前,有关植被对土壤侵蚀阻控的研究国内外开展较多,但主要集中在物种水平上,群落水平上开展的工作相对较少。其次,由于根系隐蔽性及在土壤中分布的复杂性,较地上部分研究相对困难,研究工作进展相对缓慢。本文以胡家山小流域为研究区域,选取植被恢复过程中5个典型阶段(荒地0 a、草地1~2 a、灌木5 a、针叶林20 a、乔-灌混合林25 a)为研究对象,采用空间代替时间的方法,通过室内分析、野外植被调查和染色示踪试验,以植物学、土壤物理、化学、地理和数理统计理论为基础,研究了群落演替过程中植被参数变化与土壤因子的动态关系;分析了演替梯度下土壤优先流特征参数变化规律,探讨了根系参数、土壤理化性质对优先流和水分运移的影响;同时,选取该流域内常见的4种护坡草本植物根系(白茅Imperata cylindrica、小蓬草Conyza canadensis、小薹草Carex parva、荩草Arthraxon hispidus),通过溴化钾压片法和根系抗拉测试,分析了不同植物根系红外光谱特征与力学特性变化规律,研究结果为该区域植被恢复和水土流失防治提供理论支持和实践指导。主要研究结论如下:(1)演替梯度下植物群落特征与土壤理化性质变化演替初期植物群落组成相对简单,随着演替的进行,植物群落Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数呈递增趋势,但在演替中后期,各演替阶段均匀度指数无明显变化规律;5种演替梯度下,群落中植物根系均以D<0.5 mm的细根为主,且主要分布在0~20 cm表层土壤,随着演替的进行,根重密度呈递增趋势,比根长呈递减趋势。不同演替梯度间土壤理化性质存在显著差异。随着演替的进行,土壤有机质含量和易提取球囊霉素相关土壤蛋白含量显著增大,总提取球囊霉素相关土壤蛋白含量先显著增大再降低,团聚体平均重量直径先增大后趋于稳定。演替初期,团聚体稳定性从大到小依次为:预湿润振荡>慢速湿润>快速湿润,演替后期,三种处理下的团聚体平均重量直径无明显差异。与植被地上部分参数相比,土壤理化性质与根系参数之间相关性更强。随着演替的进行,植被参数与土壤理化性质都有所改善,演替后期,植被参数与土壤理化性质改善效果最好。(2)演替梯度下土壤优先流特征及影响因素随着演替的进行,土壤中优先流数量增多且运移路径增大;5种演替梯度下土壤染色面积比从大到小依次为:针叶林>乔-灌混合林>灌木>草地>荒地;随着演替的进行,染色路径宽度<20 mm染色路径数量呈增大趋势,染色路径宽度>200mm染色路径数量呈减小趋势,不同宽度级别的土壤染色路径数在不同土层中峰值不同。随着演替的进行,土壤理化性质指标与土壤染色面积比之间相关性逐渐减弱,根系参数指标与土壤染色面积比之间相关性逐渐增强。(3)丹江口库区护坡草本植物根系红外光谱特征及力学特性同一植物内,吸收峰位置、强度和形状比较相似;不同植物根系吸收峰位置、强度和形状上还存在一定的不同。根系最大抗拉力与根直径之间呈幂函数正相关关系,而抗拉强度与根直径之间无明显相关性;随根系含水量的增加,根系抗拉力波动幅度较大,但整体上呈减小趋势。4种草本植物中,白茅根系中纤维素、半纤维素、木质素含量相对较高,小薹草根系和白茅根系的固土护坡能力较强。