西宁盆地黄土区4种灌木原位拉拔试验

通过采用原位拉拔试验方法测定了西宁盆地寒冷半干旱气候条件下,生长期为3 a的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)、中宁枸杞(Lycium barbarum L.)、白刺(Nitraria tangutorum Bor.)和霸王(Sarcozygium xanthoxylon Bunge)4种灌木植物的抗拔力,分析了抗拔力与株高、冠幅、地径、根长和侧根数等生长参数之间的关系,并探讨了4种灌木固土护坡效果。结果表明:(1)区内4种灌木抗拔力由大至小依次为柠条锦鸡儿(256.39 N)、中宁枸杞(222.80 N)、白刺(178.52 N)和霸王(134.84 N),柠条锦鸡儿和中宁枸杞抗拔力相对显著于白刺和霸王;(2) 4种灌木抗拔力与株高之间呈指数函数关系,与地径之间呈幂函数关系,与冠幅、根长和侧根数之间呈线性函数关系;(3)通过采用灰色关联分析法,得到抗拔力与株高、冠幅、地径、根长和侧根数的关联度分别为0.623,0.669,0.629,0.730,0.719,即影响4种灌木抗拔力大小的主要因素为根长和侧根数。该研究结果为寒冷半干旱黄土区采用种植灌木植物方式,科学防治水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有理论研究价值和实际指导意义。     

青藏高原东北部4种灌木主根和侧根抗拉力学特性比较

[目的]开展青藏高原东北部黄土区4种灌木植物主根和侧根抗拉力学强度试验,探讨主根和侧根抗拉力学特性关系,为深入研究植物根系固土护坡力学机理提供参考。[方法]选取西宁盆地长岭沟流域作为研究区,对生长期为3 a的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、中宁枸杞(Lycium chinense)、白刺(Nitraria tangutorum)和霸王(Sarcozygium xanthoxylon)4种优势灌木主根和侧根进行室内单根拉伸试验,确定其主根和侧根抗拉力、抗拉强度和杨氏模量及其与根径之间的关系;在此基础上,进一步分析了4种灌木主根和侧根根径、抗拉力、抗拉强度和杨氏模量之间的关系。[结果]柠条锦鸡儿、中宁枸杞、白刺和霸王主根抗拉力分别为侧根的28.45,13.21,11.01,7.35倍,主根抗拉强度分别为侧根的0.67,1.17,0.68,1.22倍,主根杨氏模量分别为侧根的2.00,2.39,2.82,2.48倍。[结论] 4种灌木植物主根抗拉力均显著大于侧根;柠条锦鸡儿和白刺主根抗拉强度小于侧根,而中宁枸杞和霸王主根抗拉强度大于侧根;4种灌木植物主根杨氏模量显著大于侧根,说明其主根相对于侧根不易发生形变,对边坡浅层稳定性贡献亦显著于侧根。     

西宁盆地两种灌木植物原位拉拔试验及其护坡效应

通过对种植在试验区的柠条锦鸡儿和霸王2种灌木进行生长指标统计和野外拉拔试验,评价两种灌木的护坡效应。生长指标统计结果表明,2种灌木的株高、根长、根径、侧根数均随生长期的增加而增大,且柠条锦鸡儿的根长、侧根数明显大于同生长期的霸王,而株高、根径要小于霸王;原位拉拔试验得出,2种灌木的拔出力均随株高、根长、根径、侧根数的增加而增大,且霸王的拔出力要比同生长期的柠条锦鸡儿的拔出力大。综合以上,即通过对试验区2种灌木株高、根长等生长指标以及根系拔出力等综合评价,柠条锦鸡儿护坡效应较霸王略为显著。     

寒旱环境植物护坡力学效应与根系化学成分响应

该项研究以试验区两种生长期为6a的灌木植物柠条锦鸡儿、霸王为例,分析了根系中所含半纤维素、木质素、纤维素和果胶质4种主要化学成分及其含量,并探讨了根系力学强度与其化学成分及其含量变化之间的关系。结果表明:柠条锦鸡儿根系平均抗拉强度为28.36～34.75MPa,霸王为4.53～6.61MPa,即柠条锦鸡儿根系平均抗拉强度显著大于霸王,且这两种灌木根系所含的4种化学成分由多至少依次为半纤维素、木质素、纤维素、果胶质,其中柠条锦鸡儿根系半纤维素含量为17.8%～29.03%,木质素为3.41%～5.36%,纤维素为2.3%～2.79%,果胶质为1.45%～2.15%;霸王根系半纤维素含量为15.6%～23.04%,木质素为3.69%～4.89%,纤维素为2.1%～3.06%,果胶质为1.92%～2.37%。两种灌木根系纤维素含量与根径、根系抗拉强度之间均表现出一定相关性;霸王根系半纤维素含量与其根系根径、抗拉强度之间呈相关性;柠条锦鸡儿根系果胶质含量与其根径、根系抗拉强度间均呈相关关系。本项研究可为进一步分析植物根系力学强度及其效应与根系组成特性之间的变化关系提供理论依据。     

护坡植物根系力学特性与其解剖结构关系

为研究植物单根力学特性与其解剖结构的关系,以西宁盆地为例,对青藏高原东北部黄土区5种灌木单根抗拉特性、抗剪特性、根系解剖结构进行了一系列试验研究.结果表明:根系解剖结构中韧皮纤维、木纤维的百分含量、周皮的木质化程度及根系的木质化速度等因素影响根系力学强度,根系拉伸延长率与根系韧皮纤维含量成正比,与木纤维含量成反比;5种灌木植物中,柠条锦鸡儿单根横切面上次生韧皮部平均面积比最大,达到45%,表现为单根具有较大延伸率;四翅滨藜单根横切面上次生木质部平均面积比最大,达到50%,表现为单根具有较强的抗拉和抗剪强度.根据5种供试灌木根系力学特性及其解剖结构特征,四翅滨藜和柠条锦鸡儿根系固土护坡作用较大.     

青藏高原两种典型植物根系抗拉特性与其微观结构的关系

为研究青藏高原东部边坡、路堑两种常见的护坡植物根系抗拉特性及其与根系微观结构的关系,对灌木植物柠条锦鸡儿和草本植物草地早熟禾根系进行了室内单根拉伸试验和根系断面电镜扫描试验。试验结果显示:两种植物根系抗拉力随着根径的增大呈幂函数增大;根系抗拉强度随根径的增大呈幂函数或指数函数减小。草地早熟禾根系平均抗拉力在标距为40mm时达到最大值;柠条锦鸡儿根系平均抗拉力在标距为80mm时达到最大值;当拉伸速率为3mm/min时,两种植物根系抗拉力和抗拉强度最大,两种植物在拉伸速率为5mm/min和10mm/min时,其抗拉强度变化不明显。两种植物单根拉伸应力—应变曲线呈单峰曲线,无明显的颈缩现象,具有弹塑性材料特点,且根径较小的草本植物草地早熟禾根系表现出具有较高的抗拉强度、较大的延伸性能。根系断面显微结构中,柠条锦鸡儿和草地早熟禾根系横断面的管孔孔径随着拉伸速率的增大逐渐减小,减小幅度依次为91.25%,45.41%,表皮破坏程度也相应的减弱。根系的拉伸横断面表皮撕裂程度及表皮延长程度随拉伸速率、拉伸标距的增大而减小。     

不同生长期多花木兰根系抗拉拔特性及其根系边坡的稳定性

为研究不同生长期灌木植物根系抗拉拔特性,并分析其对护坡效应的影响,对生长期分别为3个月、6个月、9个月、12个月、15个月和18个月的典型护坡灌木植物多花木兰根系进行室内抗拉试验和现场抗拔试验,并采用二维有限元法模拟试验区不同生长期多花木兰根系边坡稳定性的增强作用。结果表明：受不同生长期的影响,多花木兰单根的抗拉力随着根径的增加呈幂函数增大,抗拉强度随着根径的增加呈幂函数减小,单根直径一定时,抗拉力和抗拉强度随着生长期的增长而增大;受不同生长期的影响,多花木兰植物根系的抗拔力随着地径、地下生物量和侧根数的增加呈指数函数增大,多花木兰根系的平均生物指标和平均抗拔力的增大幅度随着生长期的增长而减小,其中平均抗拔力增大幅度由102.78%减小到31.55%;边坡的安全系数随着植物生长期的增长而增大,等效塑性应变和最大位移随着植物生长期的增长而减小,其中最大等效塑性应变较裸坡减小了24%～72%,最大水平位移的减少程度约为最大竖向位移的一半。     

寒旱环境灌木根系增强边坡土体抗剪强度特征

为深入研究根系与剪切面呈不同夹角α条件下,边坡土体中根系对土体抗剪强度的影响,以及定量分析评价植物根系对边坡土体抗剪强度的增强作用,该项研究以生长期为150 d的柠条锦鸡儿、霸王根系及其组成的柠条锦鸡儿根-土复合体、霸王根-土复合体为研究对象分别进行室内单根拉伸试验和复合体剪切试验。通过对2灌木根系进行单根拉伸试验,得到2种灌木根系单根的抗拉强度,并对根系与剪切面夹角α分别为45°、60°、75°、90°等4种条件下的根-土复合体进行剪切试验,得到4种α角度条件下的根-土复合体试样抗剪强度;在此基础上,分析探讨了单根抗拉强度与根-土复合体试样粘聚力值之间的关系。结果表明:柠条锦鸡儿根系的单根抗拉强度较霸王根系的单根抗拉强度略高;柠条锦鸡儿根-土复合体、霸王根-土复合体试样,在4种不同α角度条件下的黏聚力均显著大于素土黏聚力;当α角由45°增大至90°时,2种灌木根-土复合体的黏聚力值呈逐渐增大的趋势,且黏聚力的增长率亦表现出一致性变化规律,即2种灌木根-土复合体试样的黏聚力的增长率均随着α角的增大而呈增大趋势;根-土复合体黏聚力值与单根抗拉强度存在正相关关系。由上述复合体黏聚力值的变化规律反映出,试验区2种灌木根系对边坡土体抗剪强度具有显著增强作用,同时亦反映出随根系的单根抗拉强度的增大,根系对土体粘聚力值的增强效果相对愈加显著,且随根系与剪切面间夹角不同,根系增强边坡土体抗剪强度贡献具有不同的变化规律,即表现在根系与剪切面之间的夹角趋于垂直时,根系具有相对最大限度地增强土体抗剪强度的作用。该研究结果为定量评价植物根系增强边坡土体抗剪强度的贡献,提供了试验方面的数据支撑,这为进一步深入探讨植物根系增强边坡土体抗剪强机理提供参考。     

瞬时拉力下两个生长期4种植物单根抗拉力与抗拉强度的研究

研究3～4年生柠条、沙柳、沙地柏和白沙蒿的单根(根径为0.3～3 mm)在两个生长时期内瞬时大风作用下的抗拉力和平均抗拉强度.结果表明,在生长季初期(5月初)和旺盛生长期(8月中旬),4种植物根系的单根抗拉力与直径均呈幂函数正相关关系;抗拉力和平均抗拉强度均表现为柠条＞沙柳＞沙地柏＞白沙蒿;沙柳、沙地柏、白沙蒿在生长季初期的抗拉力和平均抗拉强度大于旺盛生长期,柠条反之.     

寒旱环境黄土区灌木与草本植物护坡的水文效应研究

为筛选出护坡效果好的植物,在试验区坡面种植了4种灌木与4种草本植物,观测分析了其护坡的水文效应。试验结果表明:灌木与草本植物的根、茎、叶随着其生长年限的增加而增加;从试验区灌、草植物护坡的水文效应来看,灌木以四翅滨藜表现最强,草本以芨芨草表现最强,二者的株高、分枝数(或分蘖数)、覆盖面积在年度间的增加幅度均比其他同类植物显著;灌、草植物的根、茎、叶具有较强的水文互补效应,在试验区及与其环境条件相同的边坡,采用四翅滨藜+芨芨草+细茎冰草和四翅滨藜+赖草+披碱草护坡,其效果较为理想。     

内蒙古库布齐沙漠四翅滨藜叶水势研究

2006年5-9月.采用PSYPRO露点水势仪和稳态气孔计Li-1600,在库布齐沙漠测定了从美国引种的四翅滨藜的叶水势和蒸腾速率的日、月动态变化,并与同期测定的杨柴、白刺的叶水势进行了比较,旨在为这一优良灌木树种的推广及管理提供理论依据.结果表明:四翅滨藜叶水势在月和9月的较高,生长最旺盛的6-8月较低;一天中,叶水势与气温和太阳辐射强度呈负相关,与大气相对湿度成显著正相关.气温与大气相对湿度的综合作用对叶水势影响显著:在低温高湿时,叶水势最高;在低温低湿和高温高湿时,叶水势均较低;在高温低湿时,叶水势维持在相对较高的水平.在相同条件下,四翅滨藜的叶水势较杨柴和白刺的要低,表明它从干旱土壤中吸收水分的能力比另外两者更强.     

沙柳和柠条灌丛分枝生长对模拟降雨改变的响应

利用模拟降雨操纵试验(对照、降雨增加45％和减少50％),研究第2年沙柳和柠条灌丛不同径级分枝生长对模拟降雨改变的响应.结果表明:1)沙柳10～15 mm径级的分枝基径、枝长和生物量对降雨改变有一定响应,15 ～ 20 mm径级分枝枝长和生物量对降雨改变有响应;干旱显著降低了10 ～ 15 mm径级枝长和生物量的增加量,而增水增加了15～20 mm径级枝长和生物量的增加量,其他径级对降雨改变无显著响应.2)柠条＜20 mm径级的基径生长对降雨改变均有显著的响应,但只有＜ 10 mm径级枝长对降雨改变有显著响应,小径级分枝对降雨改变的响应更敏感.增水增加了＜ 10 mm径级生物量,而干旱并未导致该径级生物量显著降低;增水对10～20 mm径级生长季生物量并未产生影响,但干旱导致该径级生物量显著降低.3)增水导致沙柳和柠条每丛生物量增加量分别为11.3％和35.5％,而干旱导致每丛生物量增加量分别下降14.2％和36.8％,降水改变对柠条生长的影响要大于沙柳.该研究可为未来降雨格局改变下,2种灌木的生长动态和生产力预测提供理论依据.     

不同平茬周期柠条的燃烧特性及热值

柠条是西北地区水土保持,防风固沙造林中的重要灌木树种,可作为生物质燃料使用,但随林龄增加出现生长衰退,效益下降等问题。利用平茬技术可以提高柠条利用率,该文以宁夏盐池平茬1~5 a生柠条为研究对象,对其生长指标、工业分析、硫含量、热值和热重进行了分析。结果表明:1)经平茬后的柠条生长指标每年递增,但3 a以后增幅不大,选定平茬期为3 a的柠条株高、地径和分支数分别比6 a老龄林提高了16.67%、11.54%和160.00%,表明平茬技术有利于柠条生长。2)通过热值分析对1~5 a生柠条进行了比较,发现3~5 a生柠条发热量较好,但三者相差不多;考察了不同月份收割柠条的影响因素,研究表明10-12月柠条各项指标处于最优值。3)比较了柠条和煤的硫含量,分析表明柠条硫含量是烟煤的1/12倍,柠条作为燃料会大大减少硫化物的排放。4)工业分析和热重分析表明,柠条和煤产生的灰分作相比,柠条产生的灰分是烟煤的1/9倍,可减少颗粒物的排放,有利于环境保护。5)采用一级反应动力学模型和积分法对生物质燃烧动力学参数的研究表明,柠条具有较低的活化能,有利于燃烧。综上所述,采用平茬期为3 a且每年10-12月生的柠条最适宜作为热电厂燃料。柠条作为发电燃料具有含硫量低,灰分少,对环境保护和减少可吸入颗粒物具有重要的意义。     

4个地理种群唐古特白刺的抗旱性系统评价

在自然条件下以分布于兰州市九州台开发区（LZJ）、张掖市临泽县（ZYL）、武威市民勤县（WWM）和酒泉市金塔县（JQJ）4个地理种群的荒漠植物白刺（Nitraria tangutorum）为研究对象,对与其抗旱性相关的光合生理、水分生理、渗透调节以及酶活性等17项指标进行测定,采用隶属函数法、灰色关联度法以及主成分分析法对不同地理种群白刺的抗旱性进行了系统地评价。结果表明,不同地理种群白刺的抗旱性强弱顺序为：JQJ〉WWM〉ZYL〉LZJ,表现出随生境条件趋于恶劣而逐渐增强趋势,这是植物通过自身生理调节对外部环境条件产生适应的结果。17项指标在白刺的抗旱性中相互制约,相互依赖,综合调节着白刺的抗旱机制,但依赖于叶黄素循环的热能耗散机制和光抑制的光保护机制在白刺的抗旱机制中占有主导地位。     

不同处理方式对白刺苗接种锁阳效果的影响

通过对1,2年生白刺实生苗及野生移植苗接种锁阳,同时采用不同施肥方式、不同接种方式及接种量等处理对锁阳寄生出土效果的影响进行了研究。结果表明,白刺实生苗与野生移植苗在接种锁阳后2a锁阳出土较少,第3a为锁阳出土高峰期,其后出土率明显下降;1,2年生白刺实生苗接种锁阳2a累计锁阳寄生率分别为9.38%,25%,其远高于野生白刺移植苗在自然环境下的寄生率(4.12%,7.47%);2年生白刺实生苗接种锁阳效果好于1年生白刺实生苗;在14个月的时间内,锁阳种子便与寄主发生寄生关系并生长出土,完全打破过去认为的至少需要2~4a的时间才能产生寄生关系并出土;在施肥量、接种量一致的情况下穴状施肥接种方式锁阳寄生出土效果好于营养床施肥接种方式,接种量增加能提高锁阳的寄生出土率及单位面积产量。     

盐胁迫对木本滨藜叶绿素合成及净光合速率的影响

为了对盐碱地植被恢复及改造提供优良植物资源,该文以三角滨藜、努塌滨藜、四翅滨藜为研究对象,沙棘和白榆为对照,进行NaCl、Na2SO4胁迫处理,并对比分析不同盐分含量对其叶绿素含量、净光合速率及生长的影响。结果表明:1)不同盐分胁迫对3种木本滨藜叶绿素合成的影响均小于沙棘和白榆。2)3种木本滨藜净光合速率受胁迫影响程度明显小于沙棘和白榆,在高浓度盐土的胁迫下,保持较高净光合速率,维持正常新陈代谢,表现较强的抗逆性。3)3种木本滨藜在盐胁迫下,株高和基径所受影程度明显小于沙棘和白榆。5种植物株高和基径随盐分梯度变化规律与植物光合速率变化规律相一致。4)利用隶属函数对5种植物抗盐能力进行综合评价得出,抗NaCl盐分胁迫能力大小顺序为:努塌滨藜>三角滨藜>四翅滨藜>沙棘>白榆;抗Na2SO4盐分胁迫能力大小顺序为:四翅滨藜>三角滨藜>努塌滨藜>沙棘>白榆,表明3种木本滨藜在植物光合作用及生长方面表现出极强抗盐能力,有很强的推广应用价值,是中国盐碱地利用的优质植物资源,该文研究可为中国北方旱区盐碱地利用提供理论依据。