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植物根系是生态系统物质循环与能量流动的关键环节之一，根系与土壤的碳氮周转对植物-土壤系统养分循环与物质平衡有重要作用。差巴嘎蒿为科尔沁沙地半固定和半流动沙丘的优势灌木，也是沙地固定过程中的先锋物种，其根系活动对退化沙地土壤性质的改变和植被恢复有重要意义。本研究以科尔沁沙地半固定沙丘差巴嘎蒿根系为研究对象，通过根钻法连续两个生长季的取样，对根系生长动态、细根周转及根系-土壤系统的碳氮分配进行研究;采用根切除法对差巴嘎蒿根系-土壤系统的总呼吸、自养呼吸及异养呼吸进行一个生长季的测定，并通过实测法和模拟法计算了生长季和年度根系-土壤系统碳释放量;用网袋法进行一年的分解实验，研究了差巴嘎蒿粗根和细根分解动态及其碳氮释放规律;并采用模拟法研究了根系分泌物生态效应，对葡萄糖、柠檬酸和草酸添加后不同草地类型土壤碳释放、pH值及电导率变化进行研究。主要研究内容包括： ⑴差巴嘎蒿0～60 cm根系生物量为0.22kg·m-3，其中细根和粗根分别占40.3％和59.7％。不同坡位差巴嘎蒿根生物量存在差异性，坡底、坡中、坡项和背风坡根生物量分别为0.21、0.30、0.16和0.22 kg·m-3，根生物量存在浅层高于底层的垂直差异与单峰曲线的季节特征，最大生物量出现在7～8月。差巴嘎蒿细根生物量为0.09 kg·m-3，半固定沙丘坡底、坡中、坡顶和背风坡细根生物量分别为0.11、0.10、0.08和0.07 kg·m-3。0～60 cm层差巴嘎蒿细根长度为38.45 m·m-2，不同生境细根长度有“坡底＞坡中＞背风坡＞坡顶”的特征;细根长度与生物量均存在显著的垂直差异与季节特征。通过细根生物量和细根长度动态变化计算得到的差巴嘎蒿细根周转率分别为1.41 a-1和1.52 a-1。两种计算方法对不同坡位和不同深度差巴嘎蒿细根周转的计算结果存在小幅度的差异性。生物量计算的周转率表明:坡底、坡中、坡顶和背风坡差巴嘎蒿细根周转率分别为1.27 a-1、1.30 a-1、1.55 a-1和1.45 a-1，根长计算的结果则分别为1.26 a-1、1.55 a-1、1.84 a-1和1.44 a-1。 ⑵差巴嘎蒿根系-土壤系统总碳氮储量分别为405.6 g·m-3和18.4 g·m-3，不同生境间均表现为“坡中＞坡项＞背风坡＞坡底”的特征，其中总碳主要来源于活根和杂质，总氮主要来源于杂质和土壤，活根对总碳储量的贡献高于对总氮储量的贡献。系统碳氮密度与地下生物量存在极显著的相关性，杂质、活根及总生物量与总碳氮及各组分碳氮密度具有显著的线性关系。土壤中的碳氮含量、密度及储量均存在垂直差异性，而生境间差异不显著;差巴嘎蒿活根与杂质生物量均存在显著的垂直差异与生境差异，活根与杂质主要分布在浅层土壤。 ⑶差巴嘎蒿根系-土壤系统呼吸强度(CO2-C)为2.94μmol·m-2·s-1，其中自养呼吸和异养呼吸分别为1.58和1.36μmol·m2·s-1。同时，土壤异养、自养及总呼吸均存在明显单峰曲线特征的日动态和季节动态。生长季初期和末期，日最大呼吸速率主要出现在正午12:00，而生长季高峰期，最大呼吸速率出现在14:00，整个生长季，最小呼吸速率均出现在凌晨。月动态中，异养呼吸和总呼吸最大值出现在7月中旬，而自养呼吸的最大值出现在8月上旬。生长季内土壤自养、异养及总呼吸释放CO2-C量分别为210.9、242.6和449.0 g·m-2·a-1。根呼吸占总呼吸的40％～55％，平均为46％，且根呼吸占土壤总呼吸的比例(root contribution，RC)在生长季内为显著的二次曲线的特征。20 cm土壤温度与土壤自养、异养及总呼吸有显著的指数模型关系，通过该模型计算得到的生长季总呼吸量与实测值接近，模拟值和实测值分别为427.49和449.0 g·m-2·a-1。模拟计算结果表明，差巴嘎蒿通过根系呼吸，年CO2-C释放量为221.1 g·m-2·a-1，土壤总呼吸和异养呼吸的年碳释放量分别为497.2 g.m-2·a-1和276.29·m-2.a-1。 ⑷差巴嘎蒿粗根和细根的年分解率分别为44.9％和53.9％，粗根的分解包括快速分解和缓慢分解两个阶段，前53 d分解率超过30％，此后370 d累计分解率低于20％;细根分解包括两个快慢周期，尤其是分解后期，与环境水热特征变化一致。粗根和细根的分解动态均可用Olson模型模拟。差巴嘎蒿根分解过程中，粗根和细根的碳含量均快速升高，而氮素在细根中随分解程度不同，增加幅度也不同，粗根氮含量变化较小。粗根和细根通过分解作用的碳素年释放量分别为32％和40％，氮素年释放量分别为41％和25％。差巴嘎蒿根分解导致土壤碳氮含量的增加，其中细根对土壤的贡献高于粗根，土壤有机碳含量的增幅高于氮含量。 ⑸草地和固定沙丘土壤中模拟根系分泌物添加后，碳矿化速率迅速增加，流动沙丘酸添加后CO2-C释放缓慢;经24 d矿化培养，葡萄糖处理后草地、固定沙丘和流动沙丘总CO2-C释放量分别为217.6、205.5和193.8 mg·kg-1，柠檬酸处理后的总CO2-C释放量为199.5、204.0和56.6 mg.kg-1，草酸处理后为162.0、116.6和17.3 mg·kg-1。流动沙丘草酸处理后的CO2-C释放量低于对照。矿化培养导致土壤pH值发生变化。其中草地土壤酸处理后的pH值高于葡萄糖，葡萄糖、柠檬酸和草酸处理均显著提高了土壤pH值;固定沙丘葡萄糖、柠檬酸和草酸处理后土壤pH值显著高于空白，处理间差异不显著;流动沙丘各处理均导致土壤pH值显著降低，两种酸处理后的土壤pH值显著低于葡萄糖处理。模拟根系分泌物添加后土壤总碳矿化量与pH值呈显著的正相关性，矿化作用可能是植物根际酸碱性恢复的主要过程。