毛乌素沙漠是我国的大沙区之一,降雨稀少、土壤干旱环境对多数沙漠植物生长造成严重威胁,也是形成沙区植被稀疏、种类单纯的根本原因。掌握不同沙地类型土壤水分空间、时间分异规律、植物根系空间分布特征、土壤水分含量与植物根系生长的关系,对制定沙质困难立地植被恢复与重建技术路线,选定适宜树种,提高造林成活率、保存率和效益,都会起到非常重要的作用。本研究采用埋置网状沙袋土芯、分层挖掘、根系分析系统等方法对毛乌素沙地主要优势植物黑沙蒿的根系生长和分布特征进行了测定,利用中子仪和烘干法对沙地土壤水分变化进行了长期的定点观测,结果如下:(1)不同年龄的黑沙蒿根系生物量变化范围及其在各土层中的分布规律各不相同。黑沙蒿根系生物量随着树龄的增加而增加,在一定时期达到最大值,然后逐渐下降并趋于稳定;其根系分布也随年龄的增加向深层土壤延伸,在垂直方向上,根生物量随深度增加成指数递减。1～5年生黑沙蒿根系生物量主要分布在0～60cm土层,占总根系生物量百分比分别为99.06%、97.71%、94.31%、93.82%、84.35%。0～20cm土层根系生物量占根总生物量百分比随着树龄的增加逐渐减小,20～60cm土层的根系生物量百分比则随着树龄的增大先增大后减少。(2)黑沙蒿根长的变化特征与其根生物量的分布规律较为相似,随着年龄的增加不同土层间根长的变幅增大,但随着土壤深度的增加沙蒿根长呈指数函数模式递减。(3)比根长反映了植物对不同生境的适应特征,研究表明1～5年生黑沙蒿比根长变化特征,在0～200cm土层平均比根长随着树龄的增加而减小, 1年生黑沙蒿的比根长最大,5年生黑沙蒿用以构建根系的碳投入最多,比根长最小。黑沙蒿用以构建根长的生物量投入效率也随着年龄的增加而减小。同龄黑沙蒿在不同土层的比根长也各不相同,不仅说明了植物对其生存环境具有较高的可塑性,也反映了土壤环境条件存在差异。(4)流动、半固定、固定等不同类型沙丘之间其含水量的差异,随土层深度的增加呈现不同的变化:在0～60cm土层,流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘土壤水分含量分别为8.08%、8.00%和8.03%,差异不显著;在60—200cm土层,流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘土壤水分含量分别为8.65%、8.57%和8.53%,差异显著(p>0.05),其中60～140cm层,流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘土壤水分含量分别为8.76%、8.62%和8.54%,差异极显著(p>0.01)。在干旱沙漠区由于蒸发量远远大于降水量以及沙地土壤特性的综合作用,再加上植物的蒸腾作用,在土壤水分分布上表现出为流动沙丘含水量>半固定沙丘>固定沙丘。(5)不同的坡面和坡位对土壤水分有明显的影响。固定和半固定沙丘的大部分背风面的含水量比迎风面的含水量高,而流动沙丘却恰恰相反。土壤含水量随着坡位的升高而减小,在沙丘下部的丘间土壤含水量明显高于沙丘顶部。与固定半固定沙丘相比,流动沙地丘间低地土壤各层水分处于高含水量状态,说明固定沙地的植物蒸腾和土壤蒸发耗水量大于流动沙地丘间低地。由于沙层的变薄,在沙丘底部的140cm左右深土层出现了腐质化的泥土,土壤水分出现了急剧变大的现象,而流动沙丘背风面下部的测点由于沙层较厚并未出现此现象。(6)随着气候的变化,沙地土壤水分具有明显的季节变异性。在三种不同的沙地类型中,土壤含水量流动沙地最大,其次为半固定沙地,固定沙地最小。不同季节土壤水分含量固定沙地变化最大,流动沙地最小,说明固定沙地的植物蒸腾和土壤蒸发耗水大于流动沙地。由于该地区降雨多集中于春秋季节,5月、9月～10月沙地土壤含水量较大,这也说明降雨是沙地土壤水分的主要补给方式。由于在7～8月降雨量较小和蒸发量较大等原因,沙地含水量较低。因而,在干旱沙漠化地区进行人工造林时,应选择春秋季节,即在土壤含水量较大的时期进行。(7)沙地土壤含水量与黑沙蒿根系生长量的垂直变化规律密切相关。土壤水分水分在影响根系生长和分布的同时,由于根系对水分的吸收,也反过来在影响着土壤水分的再分配。