地下有机碳动态的不确定性阻碍了对陆地生态系统碳循环的理解。植物细根(直径<2mm)动态在生态系统地下物质循环和能量流动中,扮演着至关重要的作用,调节着陆地生态系统营养和水分的潜在吸收和循环,并控制着从植物到土壤的主要碳流通,对其研究在理解地球化学生物循环方面有重要意义。我国西北地区,在沙地和退化草场上营造灌木林是防治荒漠化最有效的方式之一,然而对于其地下碳动态的研究非常薄弱,作为植物根系统最活跃的细根部分,在土壤有机碳积累过程中发挥的作用尚不清楚。本文以四种典型沙生灌木(沙柳(Salix psammophila)、沙蒿(Artemisia ordosica)、杨柴(Hedysarum mongolicum)和柠条(Caragana microphylla)林)和退化草场为研究对象,采用根钻法、内生长芯法、微根管法、根袋法和土壤芯法,分别对四种灌木细根生物量、生产量、周转、分解和土壤有机碳储存进行了研究。研究结果表明：(1)退化草场营造柠条林,增加了林草复合系统地下竞争强度,从而降低了草本植物细根生产力,但并没有改变其细根的水分吸收策略；柠条和草本植物细根具有明显的分层特征,草本植物细根更多集中于土壤表层,而柠条更多分布在深层。沙地营造沙柳、沙蒿和杨柴灌木林后,沙柳比沙蒿和杨柴具有更多的细根和更高的细根生产力。三种灌木表现出不同的细根分布特征和适应机制,沙柳发达的细根充分占据了土壤空间,沙蒿细根分布特征与草本植物相似,但有一定量的细根向深层土壤空间延伸,杨柴细根则尽量避开干旱的表层土壤,占据深层土壤。(2)与柠条和杨柴相比,沙柳和沙蒿具有较低的平均寿命和更高的周转率。沙柳和沙蒿通过不断更新细根适应沙区土壤季节性干旱,而杨柴和柠条通过减少细根周转速率,从而降低周转投入成本。(3)在2a的分解期内,沙柳、沙蒿、杨柴和柠条四种灌木细根经历了非常缓慢、快速和缓慢三个不同的分解阶段。柠条和沙蒿碳分解速率和释放率都明显高于沙柳和杨柴。四种灌木细根分解与土壤含水量和底物含碳率呈显著正相关关系,而受土壤温度的影响并不显著。(4)柠条林地有机碳储量(0-80 cm)比对照退化草场明显要少,退化草场稳定的重组有机碳组分显著高于柠条林地,而其不稳定的轻组有机碳组分则轻微低于柠条林地。退化草场土壤(0-80 cm)含有更多的草本植物细根,更有利于土壤有机碳的积累。与对照裸沙地比较,沙柳、沙蒿和杨柴林地都显著增加了沙地土壤有机碳储量,沙蒿林地增加最多,且其增加的有机碳中,以稳定的重组有机碳为主,杨柴林地次之,沙柳林地最少。(5)四种灌木林地和退化草场土壤有机碳的积累机制存在显著差异,但其细根动态(包括生物量、生产力、周转和分解)并不能完全解释其差异。基于有机碳的积累,沙蒿是更合适的沙地植被建设灌木种,退化草场应慎重引进灌木树种。本文全面研究和评估了毛乌素沙地四种典型沙生灌木的细根特征及其对土壤有机碳的影响,深入分析了其细根水分吸收策略和对干旱的适应机制,并初步探讨了四种灌木林地土壤有机碳的积累机制差异,深入分析了灌木细根对土壤有机碳的影响,研究结果可为科学评价沙生灌木的生态效应提供参考,也可为沙地生态建设和管理提供必要的依据。然而,沙地灌木细根对全球气候变化的响应,以及其对土壤有机碳的贡献机制等问题,依然需要深入研究。