我院在植物生态修复研究方面取得新进展

近日，南昌大学资源与环境学院、流域碳中和教育部工程研究中心、江西生态文明研究院，朱锦奇副教授在土壤与水土保持领域国际顶级期刊 Soil & Tillage Research 发表研究论文“How do mixed-species planting affect root reinforcement? Evidence of how these impacts occur via a case study in southwest China”。该研究以典型植被恢复场景为对象，揭示了长时间尺度下植物混合种植对根系空间分布、生物力学特征和固土护坡效应的影响，为生态修复工程中的植物配置优化提供了新的科学依据。

一、研究意义：从“种上植物”走向“配好根系”

植被恢复是水土保持、坡面防护和生态修复工程中的重要措施。以往研究多关注单一植物根系的固土作用，但实际工程中更常采用乔木、灌木或草本的复合配置。不同植物根系在深度、直径、抗拉强度和改良土壤结构方面存在差异，混合种植能否形成更稳定、更持久的根系固土网络，是生态修复从经验配置走向功能配置需要回答的关键问题。本研究将根系空间结构、根系材料力学性质和土壤抗剪强度联系起来，解释混合种植影响根系固土效应的生物力学机制；其实践意义在于，为边坡生态防护、工程创面修复和水土流失治理中的植物组合选择提供量化依据。

图1 乔木单植、灌木单植与乔灌混植的试验设计和采样布局。

二、主要发现：混植增强根系网络、维持根系强度、提升固土深度

研究团队设置乔木四川山矾单植、灌木大叶黄杨单植和乔灌混植三种模式，并在植被恢复第2年和第6年开展根系剖面调查、根系抗拉试验、纤维素含量测定和土壤直剪试验。结果显示，混合种植条件下根面积比增加更明显，根系能够延伸至更深土层，表明乔灌混植有助于形成更加立体的地下加固网络。

图2 不同种植模式下根面积比随土层深度和恢复时间的变化。混植模式在第6年表现出更深的根系分布。

从根系材料性质看，随着植被生长，部分根系抗拉强度和纤维素含量呈下降趋势，这是长期恢复过程中根系老化和结构变化的重要表现。但混合种植能够在一定程度上缓解这种下降，尤其有助于维持乔木根系较高的抗拉强度和纤维素水平，说明混植不仅改变根系数量和分布，也会影响根系自身的生物力学特征。

图3 不同种植模式下根系抗拉强度、杨氏模量与纤维素含量变化。S 表示单植，M 表示混植。

进一步分析表明，植物固土作用并不只来自根系“拉住土体”的机械加固，还来自植被生长改善土壤结构、提高土壤黏聚力所形成的化学加固。恢复早期，根系机械加固对坡面稳定性贡献更突出；随着恢复时间延长，土壤结构改良和黏聚力提升的重要性逐渐增强。混合种植通过根面积比增加、根系强度维持和土壤黏聚力提高的协同作用，使固土效应强于单一种植模式。

图4 植被恢复对土壤黏聚力提升的贡献。混植模式在第6年表现出更强、更深的加固作用。

三、特色创新：把长期生长过程纳入根系固土机制解释

• 一是提供了长时间尺度野外证据。研究基于持续六年的植被恢复试验，揭示根系固土作用会随着植物生长阶段发生动态变化，而不是一个静态参数。

• 二是从“根量、根强度、土体强度”三个层面解释混植效应。研究同时测定根面积比、根系抗拉强度、杨氏模量、纤维素含量和土壤抗剪参数，较完整地刻画了根土协同加固过程。

• 三是区分了机械加固与化学加固。研究表明，恢复早期根系机械拉结更关键，恢复后期土壤结构改良和黏聚力提升作用增强，为理解植被固土的时间效应提供了新视角。

• 四是面向生态修复工程提出植物配置启示。乔灌混植能够提高根系空间占据效率、增强浅层土体稳定性，并将加固作用向更深土层拓展。

四、未来方向：从植物组合试验走向功能型精准配置

该研究为混合种植提升固土效应提供了重要证据，但植物根系固土过程仍有较大挖掘空间。未来可继续拓展不同植物功能群组合，比较乔木、灌木、草本及乡土植物在根系深度、根径组成和根系强度上的互补关系；加强根系纤维素、木质素、水分状态等生理指标与抗拉强度之间的机制研究；结合土壤微生物、团聚体稳定性和有机质积累，解释“根—土—微生物”协同改良土体结构的过程；并在降雨冲刷、干湿循环和实际边坡条件下验证混合种植的长期稳定性，逐步形成面向不同坡型、土壤类型和修复目标的植物配置清单。

该研究得到国家自然科学基金、江西省重点研发计划和上海市自然科学基金等项目支持。

论文信息

论文题目：How do mixed-species planting affect root reinforcement? Evidence of how these impacts occur via a case study in southwest China

发表期刊：Soil & Tillage Research 257 (2026) 106968

DOI：10.1016/j.still.2025.106968

作者信息：朱锦奇、王云琦、王玉杰、郑博福、Eddy J. Langendoen、易扬、李云鹏

通讯作者：朱锦奇、王云琦

编辑：朱锦奇

一审：赵蒙蒙

二审：魏林生

三审：柏晓武