太行山区林木根系单根固土生物力学及疲劳特性研究

为了揭示河北太行山区崇陵小流域林木根系固土能力,选取太行山区崇陵小流域内的20年生油松(Pinus tabulaeformis)和侧柏(Platycladus orientalis)人工林为研究对象,采用室内单根拉伸试验的方法,测定3、5、7mm 3个径阶下最大抗拉力平均值和平均抗拉强度,对根系疲劳前后固土的力学特性及根系疲劳过程进行研究。结果表明:1)疲劳前后油松和侧柏根系的最大抗拉力与根径呈正相关关系,回归曲线采用幂函数拟合;2)疲劳前后油松根系最大抗拉力平均值和平均抗拉强度均高于侧柏,疲劳后2种林木根系抗拉强度随根径的变化规律与疲劳前一致;3)疲劳后不同径阶油松和侧柏最大抗拉力和抗拉强度均有提升,疲劳后油松和侧柏根系3个径级(3、5、7mm)的极限抗拉力比疲劳前分别增加了69.2%、36.5%、37.7%和13.7%、12.9%、32.9%,疲劳后油松和侧柏根系的平均抗拉强度分别是疲劳前的1.50倍和1.19倍;4)林木根系滞回曲线表现出明显的周期循环特征,最初几个周期"滞回环"饱满且间隙明显,"滞回环"间距随着循环周期的增加越来越密集,几乎形成闭合曲线,逐渐趋于稳定。     

岷江上游干旱河谷区人工林根系生物量及分布格局

通过对岷江上游干旱河谷区人工林根系生物量的测定,研究了人工林根系生物量积累及其分配,比较分析了不同径级根系比根长、根长密度、根质量密度和根体积比及垂直分布格局。结果表明:①岷江柏Ⅰ、岷江柏Ⅱ、榆树、刺槐和辐射松的根桩、粗根、中根和小根(φ>2mm)的根系生物量总和占单株根系生物量的百分比分别为82.87%、58.99%、76.8%、83.0%和35.79%,细根(φ<2mm)生物量占根系生物量的百分比大小顺序为辐射松>岷江柏Ⅱ>榆树>岷江柏Ⅰ>刺槐。②岷江柏Ⅰ、岷江柏Ⅱ、榆树、刺槐和辐射松单株总根系长度分别为45.87、20.43、9.22、14.08和17.85m,单株总根系干质量分别为39.643、11.867、7.307、6.683、2.900g,相关分析表明根长与根质量具有明显的正相关关系。③干旱河谷区人工林根长密度、根质量密度和根体积比的垂直分布格局一致,根长密度、根质量密度和根体积比与根幅的关系密切。     

黄土高原草地和刺槐根际AM真菌对刺槐和侧柏生长、土壤性质及叶片光合特性的影响

为揭示黄土高原刺槐造林引起的丛枝菌根(Arbuscular Mycorrhizal, AM)真菌群落变异与其功能间的相关机制，以采自陕西省长武县王东沟流域的草地土壤(简称草地菌剂)和35 a生刺槐(Robinia pseudoacacia)根际土壤(简称刺槐菌剂)作为菌剂，在盆栽条件下研究不同接种处理(刺槐菌剂：CH;草地菌剂：GL;不接菌剂的对照：Non)下刺槐和侧柏(Platycladus orientalis)植株生长状况、菌根侵染率、土壤酶的活性、微生物量C、微生物量N、总球囊霉素及易提取球囊霉素的含量、叶绿素相对含量、光合气体交换参数及叶绿素荧光参数。研究结果表明：(1)与对照植株相比，GL对刺槐植株生长无显著影响，而对侧柏植株生长具有显著促进作用；CH显著降低了刺槐植株的生长，而对侧柏植株则具有显著促生作用。(2)GL处理下刺槐根系丛枝侵染率较高；CH处理下侧柏根系丛枝侵染率较高。(3)GL增加了刺槐根际微生物量N以及侧柏根际过氧化氢酶和蔗糖酶的活性；CH增加了刺槐根际微生物量N和过氧化氢酶的活性以及侧柏根际微生物量C和球囊霉素的含量。(4)GL提高了侧柏叶片净光合速率、气...     

侧柏幼苗切根后根系内源激素含量的变化

以侧柏1 a生幼苗为研究对象,采用1/2切根(A),1/3切根(B),1/4切根(C)和不切根(CK)4种处理,应用间接酶联免疫法(ELISA)测定不同切根比例幼苗根系中ABA,GA3,IAA,CTK等4种内源激素的短期变化.结果表明,当植物受到切根伤害后的第1天,侧柏幼苗根系中ABA含量快速升高,切根比例越大,与对照...     

黄土高原主要造林树种集流面积的确定

采用人工供水的方法,研究了油松、侧柏、刺槐人工幼林林地土壤水分年变化规律.根据土壤水分对林木的有效性,提出了人工林土壤水分的补偿方法及各树种的集流面积.结果表明,在3个树种中,刺槐林地的难效水频率最高,侧柏的最低.初步提出了在黄土高原年降水量500～600 mm的地区,20 a生油松和侧柏适宜的集流面积分别为10～12 m2/株和5～9m2/株,8 a生刺槐为12～20 m2/株,年降水量400～500mm的地区,油松和侧柏人工林集水面积至少应为12 m2/株和9 m2/株,刺槐20m2/株.     

黄土高原人工混交林土壤肥力及混交效应研究

测定了沙棘+侧柏,刺槐+侧柏及其对应侧柏纯林土壤80 cm土层32个土样的8项肥力指标和人工林生长量,对2个混交林的土壤肥力特征及混交对侧柏的促生效应进行了初步探讨.结果表明:(1)供试混交林80 cm土层土壤有机质、全氮、速效氮含量及其剖面变异和氮素贮量表现为沙棘＞侧柏及刺槐＞侧柏,沙棘、刺槐人工林对土壤的培肥效应大于侧柏;(2)沙棘+侧柏混交林不同树种根区土壤pH、碳酸钙、全磷及速效钾含量差异很小.     

林分密度和立地类型对北京山区侧柏人工林根系的影响

该文采用土柱法对北京山区侧柏人工林的根系分布特征进行了调查研究.结果表明:林分密度、立地类型及其交互作用均对侧柏人工林根系产量与垂直分布有极显著的影响,并以林分密度的作用强度最大.侧柏林土壤表层的根长密度(P0.05)、根系表面积密度(P0.001)随着林分密度的增加而显著增加,但这种势态随土层加深变幅递减.直径1 mm的根系长密度所占比例、直径1 mm和1～2 mm根表面积密度所占比例以及根体积密度所占比例随林分密度的提高而显著提高的现象表明,在种内竞争前提下,侧柏林木通过提高个体细根产量而提高对土壤资源的利用强度,并获得有限的土壤资源.侧柏人工林林木根系的根长密度、根表面积密度随着立地条件的改善而显著降低,根长密度、根表面积密度在立地类型间的差异有随着土壤层次的加深而减小的趋势.阳坡薄土立地林木根长密度、根系表面积密度平均比阳坡厚土立地高20.4%和20.9%.该现象表明,在瘠薄立地上,侧柏林木通常采取提高根系吸收范围的对策获取有限的土壤资源.      

杨(槐)根系淋洗物对槐(杨)根际微区养分状况的影响

采用根垫法分析杨树(刺槐)根系淋洗物对刺槐(杨树)根际微区养分迁移特性的影响,结果表明:浇刺槐根系淋洗物能提高杨树根际微区的NO3--N和NH4 -N水平,降低其N素养分亏缺率,在一定程度上缓解杨树根际微区N素缺乏状况;浇灌杨树根系淋洗物能提高刺槐根际微区的P素(尤其是非闭蓄态无机P)水平,降低其P素亏缺百分率,但效果不明显.     

天坛公园油松、侧柏大树根系分布特征

【目的】树木的根系分布是影响灌溉效果的重要因素,为了实现园林树木的科学灌溉,对两种常见园林树木的根系分布特征开展研究。【方法】采用根钻法对天坛公园60年生油松、侧柏大树根系进行定点逐层取样,利用Win-RHIZO Pro根系分析系统分析各径级根系(直径1mm、1~2mm、2~5mm)的根长、根表面积、根重和根体积等指标,研究油松、侧柏根系空间分布特征。【结果】结果表明,油松和侧柏各径级根系的总根长和总根表面积均以直径1mm根系最多,直径2mm的吸收根为总根量的主体。在垂直分布上,两树种均在0~60cm深度范围内有大量吸收根存在,其中,10~40cm土层是油松根系集中分布区,0~40cm土层是侧柏根系集中分布区。油松吸收根根长密度和根重密度随土层深度增加表现出先增加后减小的趋势,峰值出现在20~30cm土层处;侧柏吸收根根长密度和根重密度随土层深度增加表现出逐渐下降的趋势,峰值出现在0~10cm土层处。【结论】公园绿地中油松、侧柏的根系分布在垂直方向上与野外林地根系分布更为接近,而与同为城市绿化树的行道树根系分布差异较大;而水平方向上分布较均匀,这可能是由于公园休闲场所的密植特征造成的。     

保水剂添加对刺槐根土力学特性的影响

为探究保水剂对根系生长和根土复合体力学特性的影响,为促进矿山植被恢复提供理论依据,在刺槐盆栽土中加入保水剂,3个处理分别为B1(0％),B2(0.3％)和B3(0.5％)。通过对比分析土壤养分,土壤酶活性,根系生长参数,根系抗拉力和根土复合体抗剪强度,以及它们之间的相关性,探究保水剂添加对根土复合体稳定性的影响。结果表明：(1)在0.3%和0.5%保水剂浓度梯度下,保水剂添加降低了刺槐根系的抗拉力;(2)不同保水剂浓度对刺槐根土复合体抗剪强度有不同效果,在0.3％保水剂浓度处理下,刺槐根土复合体抗剪强度显著降低,而在0.5％保水剂浓度处理下,刺槐根土复合体抗剪强度没有显著变化;(3)抗拉力、抗剪强度与纤维素,半纤维素呈负相关关系,与木质素呈正相关关系,刺槐根土复合体抗剪强度主要受内聚力影响。可见在0.3%和0.5%保水剂浓度梯度下,保水剂添加降低了刺槐根系拉伸性能,根土力学特性与根系内部成分显著相关。     

黄土高原土质边坡林木根系表观黏聚力空间异质性研究

To investigate the spatial variability of root additional cohesion on loess slope, this paper takes monospecific stands of Robinia pseudoacacia and Platycladus orientalis grown on slopes in the semiarid Loess Plateau of northern China as case study. Root distribution could be described by root area ratio (RAR). Root tensile strength was determined with laboratory mechanical tests. Finally, spatial variability of root additional cohesion was analyzed. The results showed that biomechanical characteristics of R. pseudoacacia roots were significantly different from P. orientalis roots. RAR and root additional cohesion were significantly different among species, slope locations and depth. The analyses of R. pseudoacacia and P. orientalis root spatial heterogeneity indicated that root reinforcement was not evenly distributed along slope in the Loess Plateau, which could provide a basic theory of afforestation mode in spatial distribution and hence control soil erosion and shallow landslide.      

混合盐胁迫对二倍体刺槐和绒毛白蜡根系形态和抗氧化指标的影响

以二倍体刺槐和绒毛白蜡幼苗为材料,配制NaCl和Na2CO3混合盐梯度,比较2种植物根系生物量和形态差异,测定根系保护酶活性以及膜脂过氧化产物和可溶性蛋白含量,以探讨盐碱胁迫对植物根系生长和生理的影响。结果表明:1)低盐碱胁迫(80mmol·L^-1盐浓度)促进二倍体刺槐根系生物量、总长度、总表面积和总体积增加,而抑制绒毛白蜡根系生物量和形态指标;2)绒毛白蜡根系SOD活性对低混合盐浓度敏感,而二倍体刺槐根系SOD活性在高盐浓度下显著上升;2种植物根系POD活性在低盐浓度下最大,CAT活性在240~320mmol·L^-1盐浓度下达到峰值;3)二倍体刺槐根系中MDA含量高峰值出现在低盐浓度下,绒毛白蜡则出现在240mmol·L^-1浓度;随着混合盐浓度增加,二倍体刺槐根系可溶性蛋白含量逐渐降低,绒毛白蜡则先升高后降低;4)多因素方差分析表明,2种植物根系主要形态指标间存在物种间差异,混合盐胁迫对根系形态和抗氧化生理指标的影响不同。在盐碱胁迫下,二倍体刺槐和绒毛白蜡根系表现出适应性差异。     

黄土高原主要造林树种的抗旱性研究

对黄土高原主要造林树种油松、侧柏、刺槐根际进行包埋处理 ,形成持续干旱环境 ,测定干旱胁迫条件下树木生理特性的变化和对树木生长的影响。结果表明 ,在相同的干旱条件下 ,侧柏的净光合速率始终大于油松 ,而蒸腾速率则相反 ;在干旱胁迫的第 2年 ,油松净光合速率比第 1年降低了 5 1.1% ,侧柏降低了 4 1.2 % ,刺槐降低了 5 4 .4 %。侧柏水分利用效率较油松高约 34%。中度水分胁迫 1年后 ,油松、侧柏、刺槐的叶量分别为对照的76 .1% ,81.7%和 79.3% ,2年后分别为 5 5 .2 % ,6 1.3%和 2 4 .2 % ,第 3年刺槐叶面积已缩小为对照的 75 % ,并出现大量落叶 ,油松、侧柏也有此现象。同时 ,持续干旱 1年后 ,油松、侧柏的枝长分别为对照的 6 4 .4 %和 6 6 .7% ;持续2年后 ,分别为对照的 37.6 %和 4 0 .9%。试验表明 ,各树种忍耐长期干旱的能力不同 ,侧柏最强 ,油松次之 ,刺槐最差 ,表明各树种林分抗旱稳定性不同。     

黄土丘陵区油松根系化感效应研究

通过生物测定法研究油松根系对不同物种的化感效应,为油松林的乔灌草复合提供科学依据。设定油松根系化感效应研究中浸提液的质量浓度为0.5、1.0、3.0、5.0、7.0、10.0mg/mL,测定油松根系提取液在不同浓度下对油松、刺槐、侧柏、胡枝子、绣线菊、冰草、紫花苜蓿发芽、生长的影响。研究结果显示:在所有研究浓度下,油松根系浸提液对刺槐、冰草、紫花苜蓿发芽和生长的综合影响呈抑制效应,并且随浓度加大抑制效应不断加强;在所有研究浓度下,对侧柏的综合影响呈促进效应;对油松、胡枝子、绣线菊的综合影响呈现低促高抑的情况,在1mg/mL时,对油松、绣线菊的影响由促进转为抑制。因此,从油松根系化感效应的角度考虑,在油松林营造乔灌草复合植被时应优先考虑侧柏,慎重选择刺槐、冰草、紫花苜蓿,选择复合胡枝子、绣线菊时应注意油松林间伐以及间作的密度。      

不同切根处理对林木幼苗根系侧根生长的影响

在基质栽培和营养液栽培条件下,对侧柏、刺槐和白榆幼苗主根分别进行切除1/3,1/2和不切除试验,以研究不同切根比例对一级侧根数量、一级侧根总长度以及一级侧根发生位置的影响.结果表明,对苗木进行主根切断,抑制了主根的生长,促进了一级侧根的发生,使切根处理后的幼苗在一级侧根的数量和总长度上均大于全根苗.一级侧根发生的数量以及生长量与主根切断比例有关,1/3切根的增加幅度大于1/2切根处理,说明一级侧根的发生随着主根伤害程度的增加而有所减小.一级侧根的发生位置比全根苗更接近于根基.3树种全根苗一级侧根的发生位置主要集中分布在2～5 cm,而1/3切根苗的一级侧根主要分布在2-4 cm,1/2切根苗的一级侧根主要分布在2～3 cm.     

狗牙根种质资源的根系分布特征及抗拉强度研究

为比较不同狗牙根种质资源的固土护坡能力,研究了不同狗牙根的根系分布特征及抗拉强度,结果表明:狗牙根的根系集中分布在0～10 cm土层,其根长密度和根重密度随土层深度的增加而减少,C2的根长密度和根重密度均优于C1和C3.3份狗牙根材料的平均根直径均小于1.0 mm,C2的有效根密度最大;狗牙根的根系抗拉强度均随根系直径的增加而减小,3份材料的根系最大抗拉强度的峰值均出现在根系直径小于0.4 mm径级,表明细根的固土护坡能力较粗根好,3份材料中C2的根系平均抗拉强度最大.从3份狗牙根材料中初步筛选出较适宜做护坡的狗牙根为C2.     

油松、华北落叶松根系抗拉特性的影响因素

植物根系的抗拉特性是影响边坡稳定性最重要的因素。为探究根系的基本力学特性及影响因素,选取不同直径、保存时间的油松、华北落叶松根系在不同标距、拉伸速率下进行室内拉伸试验,并运用方差分析、协方差分析、多元回归分析等数学统计方法对其进行定量、定性分析。结果表明:油松、华北落叶松根系抗拉力与直径呈幂函数正相关关系,而抗拉强度与直径无明显关系;标距、拉伸速率均对根系抗拉力、抗拉强度有显著影响,并且与根系抗拉力、抗拉强度均呈负相关关系,不同标距下2个树种根系的抗拉力、抗拉强度均表现为50 mm100 mm150 mm200 mm,不同拉伸速率下2个树种根系的抗拉力、抗拉强度均表现为10 mm/min100 mm/min200 mm/min;在不同试验条件下,油松根系的力学性能均优于华北落叶松根系;各个影响因素对根系抗拉力、抗拉强度的回归模型表明,根系直径是影响根系抗拉力的最主要因素,而且标距对抗拉力、抗拉强度的影响大于拉伸速率,根系保存时间对抗拉力、抗拉强度没有显著影响。      

刺槐林边坡稳定性有限元分析

该文以刺槐林固坡为例,将根土复合体看作是由土体、根系以及土体与根系之间的接触面单元所联系起来的有机体,运用有限元方法分析了刺槐林木根系边坡的应力和变形特性,探讨了刺槐根系对边坡稳定性的影响。结果表明:无林边坡坡脚向土体内侧存在一个应力和位移的集中带,根系的存在使得有林边坡在坡脚集中带的区域范围减小;根系周围位移等值线变化剧烈,有林边坡最大水平位移发生在边坡根系分布区;斜坡中同一位置处有林边坡的垂直位移明显小于无林边坡的;边坡最大、最小主应力等值线随土层深度的增加而增加,有林边坡最大主应力、最小主应力的最大值小于无林边坡的,说明有林边坡更趋于稳定。     

护坡木本植物根系的力学特性及其与细胞壁成分的关系

为研究人工边坡立地条件下木本植物根系固土护坡的力学机制,以京承高速(3期)边坡为例,对榆树、紫穗槐、刺槐、胡枝子4种木本植物共395个根样进行室内单根拉伸试验,然后按5个根系径级分类并分别测定其半纤维素、纤维素、木质素含量,系统分析植物根系材料的力学性能。结果表明:4种木本植物根系直径为0.95~5.42 mm,抗拉强度为7.66~36.94 MPa,抗拉力为22.18~464.50 N。4种植物之间抗拉力、抗拉强度差异显著,从大到小依次为榆树＞紫穗槐＞胡枝子＞刺槐,根系抗拉力随根系直径增大以幂函数增大,抗拉强度随根系直径增大以逆函数或幂函数减小。4种木本植物5个径级根系半纤维素质量分数为1.37%~29.26%,纤维素质量分数为20.57%~36.91%,木质素质量分数为15.12%~29.84%,综纤维素质量分数为28.18%~66.17%,木纤比比值为0.45~1.31。不同树种间及不同径级根系间细胞壁成分差异显著。根系抗拉力与木质素显著负相关;抗拉强度与木质素正相关,与半纤维素负相关。根系拉伸的应力--应变曲线随树种根系结构组成的不同而不同。单根拉伸的应力--应变特征初始阶段为线性关系,拉力继续增大会逐渐表现出塑性特征,根系最大应力随直径增大而减小。综合4种植物的抗拉特性,榆树和紫穗槐的护坡作用较大。      

根系生态护坡的机理及试验研究

针对公路边坡开挖可能导致生态破坏和边坡失稳等问题，分别从理论上分析植物根系生态护坡的力学机理和从试验上研究根系的抗拉锚固能力.理论研究表明，根系提高土的抗剪强度主要是通过根-土接触面的摩擦力把土中的剪应力转换成根的拉应力来实现的；根系在生长时分泌了大量高分子聚合物，将其表面附近的土颗粒聚集起来，从而抵抗边坡土体受水流等因素的侵蚀.刺槐幼株根系的抗拉强度试验研究表明：侧根抗拉强度最大值大于主根的抗拉强度最大值，其最大值可达91.41 MPa；与HPB235钢材强度设计值210 MPa相比，该株刺槐根系的抗拉强度可达到其1/4～1/2.