自国家退耕还林还草工程实施以来,经过长期的水土保持综合治理,黄土残塬沟壑区植被覆盖度不断增加,土壤理化性质和土壤结构得到改善,植物根系固土功能逐渐加强,但仍然存在植被类型单一、结构简单,水土保持效益相对较低的问题。土壤抗冲性能反映了土壤抵抗径流冲刷的能力,是黄土高原土壤侵蚀机理研究的一个重要方面。为了探究黄土高原主要植被类型改良土壤性质,增强土壤抗冲性的能力,研究各影响因素对土壤抗冲性能作用大小的定量关系,为黄土高原植被水土保持效益的稳定性及水土保持功能的有效发挥提供科学依据,本文以黄土残塬沟壑区山西吉县蔡家川流域主要植被类型油松林、刺槐林、山杏林、荆条地、荒草地土壤为研究对象,采用室外原状土冲刷水槽法与室内根系扫描分析系统及土壤理化性质测定相结合的方法,对不同植被类型、不同坡度条件下的土壤抗冲性动态变化特征,土壤表层根系形态特征及土壤基本理化性质进行了研究,并运用SEM结构方程模型,构建了影响表层土壤抗冲性的因素模型。主要研究成果如下:(1)在原状土冲刷试验过程中,各植被类型及坡度条件下的产流量随冲刷时间的变化趋势均相对稳定。产流初期径流含沙量均较高,随着冲刷时间的延长,含沙量先减少后趋于平稳。抗冲指数随冲刷时间的变化总体呈上升趋势。土壤抗冲指数与冲刷时间呈线性或幂函数关系。(2)不同植被类型及坡度条件下的土壤冲刷过程中各指标的差异性总体表现为:刺槐林地、油松林地的土壤径流量、含沙量均较小,土壤抗冲指数较大,表现出较强的抗冲性能。荒草地、荆条地、山杏林地土壤径流量、含沙量均较大,抗冲指数较小,抗冲性能相对较弱。不同坡度条件下的土壤抗冲性能大致表现为10°>15°>20°>25°>30°,即缓坡条件下的土壤抗冲性强于陡坡。(3)不同植被类型、坡度条件下土壤表层总根长密度、根表面积密度、根体积密度及根生物量密度大致表现为刺槐、油松林地较大,山杏、荆条、荒草地较小且相差不大,缓坡条件下(10°、15°、20°)的总根系参数大于陡坡(25°、30°)。各总根系参数之间均存在正相关关系。各径级的根长密度随根径级的增大呈减小趋势。根表面积密度随根径级的变化表现为不同的特征,根体积密度总体表现为细根根体积密度比粗根小。(4)10°条件下的重塑土冲刷对比试验表明,不同植被类型植物根系均能增强土壤的抗冲性,增强效应表现为刺槐林和油松林较强,土壤抗冲性增强值分别为4.16,3.44。山杏、荆条的增强效应次之且彼此之间相差不大,分别为2.18、2.25,荒草根系对土壤抗冲性的增强效应最弱,土壤抗冲性增强值为0.59。植物根系指标中<1mm径级根系的根长密度、根表面积密度、根体积密度与土壤抗冲性强化值均呈显著或极显著正相关关系。(5)不同植被类型及坡度条件下,表层土壤理化性质的差异性表现为:各坡度条件下的油松、刺槐林地土壤容重较小,孔隙度较大;山杏、荆条土壤容重较大,孔隙度较小,且二者差异不大;荒草地的土壤容重最大,孔隙度最小,反映了油松及刺槐林地土壤与其他3种植被类型相比,具有更加良好的通气透水性。油松、刺槐及山杏林地表层土壤水稳性团聚体含量总体高于荆条及荒草,尤其是在25°及30°的陡坡条件下。不同坡度条件下的水稳性团聚体含量大致表现为陡坡(25°、30°)土壤的水稳性团聚体含量低于缓坡(10°、15°、20°)。不同植被类型土壤机械组成指标表现为,油松、刺槐、荆条地土壤的砂粒含量比山杏、荒草的砂粒含量低,粉粒及粘粒含量高于山杏、荒草。不同植被类型表层土壤化学性质指标总体表现为:油松、刺槐、山杏高于荆条及荒草。(6)经SEM结构方程模拟结果表明,影响表层土壤抗冲性的因素依次为:外部条件、植物根系、土壤性质。外部条件中,不同植被类型对土壤抗冲性能影响很大,其中油松、刺槐林地的土壤抗冲性能较好,缓坡条件下的土壤抗冲性相比陡坡较强。林下植物均匀度、丰富度及枯落物厚度对土壤抗冲性有正向影响。植物根系指标中,各因子权重大小依次表现为<1mm根表面积密度(RSAD)、<1mm根长密度(RLD)、总根生物量密度(RWD)、总根体积密度(RVD)。土壤性质指标中,影响权重大小依次为总孔隙度、水稳性团聚体含量、容重、有机质、土壤机械组成中的粘粒含量、砂粒含量。研究结果为黄土残塬沟壑区植被根系土壤层水土保持功能的提升提供科学基础,并对当地生态环境建设具有一定的现实与理论指导意义。