土石山区护坡草本植物根系抗拉力学特性

为了解山西省土石山区护坡植物的根系抗拉力学特性,对比选择最适宜的水土保持物种.对其边坡上黑麦草(Lolium perenne L.)、香根草(Vetiveria zizanioides L.)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)3种护坡植物的根系开展抗拉力学试验,研究3种植物根系最大抗拉力、极限抗拉强度以及弹性模量随直径及根长大小变化的规律.研究结果显示:根长一定时,3种植物的最大抗拉力随直径的增加而增加,单根极限抗拉强度随根系直径的增大而减小;而直径一定时,根系最大抗拉力和极限抗拉强度随根系长度的增大而减小;弹性模量值随着根径和根长增大呈下降的趋势.3种植物根系平均最大抗拉力关系为:香根草(16.258 N)＞黑麦草(11.734N)＞百喜草(4.891 N);平均极限抗拉强度关系为:百喜草(116.226 MPa)＞黑麦草(50.839 MPa)＞香根草(49.650MPa);平均弹性模量分别为:百喜草(20.392 MPa/mm)＞香根草(3.257 MPa/mm)＞黑麦草(3.245 MPa/mm).结果表明这3种植物中百喜草根系的固土能力最好,在选择最为适宜的水土保持物种时可优先考虑.研究结果可为土石山区水土保持研究提供一定的科学依据.     

黄土丘陵区主要植物根系对土壤有机质和团聚体的影响

植物根系是植物与土壤进行物质交换的通道,在土壤侵蚀严重、生态脆弱的黄土丘陵区,深入认识根系对土壤物理化学性质的影响具有重要意义。选取了白羊草(Bothriochloa ischaemum)、苔草(Carex lanceolata)、茭蒿(Artemisia leucophylla)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、狼牙刺(Sophora viciifolia)、柠条(Caragana intermedia)6种植物作为研究对象,取0—10,10—20,20—30,30—40,40—50,50—60 cm土层根系和土样,分析不同土层各物种根长密度、根表面积密度、平均根直径、土壤有机质(SOM)、土壤容重以及各级水稳性团聚体重量百分含量。结果表明:所研究植物根系以细根为主。在0—20 cm土层中,白羊草、苔草根长密度显著大于其余植物(P0.05),表现为苔草白羊草铁杆蒿茭蒿狼牙刺柠条,平均根直径则相反。根系能不同程度地增加SOM含量,SOM含量与根系平均直径和根系表面积密度呈极显著的正相关关系(P0.01)。在土壤剖面上,水稳性团聚体重量百分含量明显减少的是白羊草、苔草和铁杆蒿样地,水稳性团聚体重量百分含量随土层深度变化不明显的是茭蒿、狼牙刺和柠条样地。根表面积、根长密度能够显著增加0.5～2 mm水稳性团聚体重量百分含量(P0.05),说明根系能够使小粒径团粒凝聚成更大粒径的土壤团粒。根系能够提高土壤有机质含量,增加中等粒径团聚体含量,改善土壤结构,提高土壤稳定性,对增加土壤抗蚀性起到重要作用。     

陕北黄土区不同植物根系抗拉力学特性研究

[目的]单根抗拉力学特性是植物发挥固土护坡作用的重要因素,乡土植物分布广泛对区域固土护坡起主要作用,研究比较不同植物单根抗拉力学特性,对坡陡沟深、滑塌频发的黄土区护坡植物选择具有重要意义。[方法]以陕北黄土区的截叶铁扫帚、猪毛蒿、大针茅、铁杆蒿、茭蒿和细叶薹草6种常见乡土植物为研究对象,通过室内单根拉伸试验,比较分析了以上6种植物不同根径单根抗拉力、单根抗拉强度和单根延伸率等力学特性。[结果](1)在根径范围内,6种植物单根抗拉力与根径呈幂函数形(y=ax^b,b>0)正相关关系,植物单根抗拉强度与根径呈幂函数形(y=ax^b,b<0)负相关关系;6种植物单根延伸率随着根径的增加呈现出增大趋势,但单根延伸率与根径之间未呈现出显著的相关性。(2)在试验根径0.05～0.60 mm范围内,植物种类对单根抗拉力、单根抗拉强度和单根延伸率的影响都达到显著水平,6种植物平均单根抗拉力关系为：细叶薹草(10.20 N)>大针茅(7.39 N)>铁杆蒿(6.87 N)>茭蒿(6.44 N)>猪毛蒿(6.34 N)>截叶...     

内蒙古中西部3种乡土植物根系抗拉力学特性的对比研究

[目的]研究内蒙古中西部地区3种乡土植物种根系的抗拉机理,为该区水土保持的树种选择提供依据。[方法]以内蒙古中西部地区3种常见植物柠条、沙棘和紫花苜蓿根系为对象,进行室内单根瞬时极限拉伸试验研究。[结果](1)3种植物单根极限抗拉力随着直径的增加而增大,单根极限抗拉强度随直径的增加均呈幂函数递减。(2)当直径在0.19mm~2.89mm范围内相同径级时,3种植物单根极限抗拉强度和弹性模量均值大小顺序相同,依次为:柠条沙棘紫花苜蓿,3种植物根径≤0.5mm的细根具有较大的极限抗拉强度和弹性模量;(3)同一树种当根系直径相同时,土壤含水率高则其单根平均极限抗拉强度小。[结论]根系的力学特性与形态结构特征的结合,是选择适宜的水土保持树种非常重要的因素。从根系抗拉性能方面评价3种植物根系固土抗蚀能力大小则柠条优于沙棘和紫花苜蓿。     

白桦根系力学特性的定量研究

选取华北地区白桦(Betula platyphylla)为研究对象,以白桦单根拉伸的试验结果作为基础数据,应用方差分析的方法对白桦根系的力学特性进行了定量分析。依据试验设计的准则,选取拉伸速率、根长(标距)和直径这3个指标作为影响白桦根系力学特性的影响因素,以最大抗拉力、抗拉强度、弹性模量及极限延伸率这4个指标作为反映白桦根系力学特性的响应指标。结果表明,根径对白桦的最大抗拉力、抗拉强度和极限延伸率存在显著影响;根长(标距)、拉伸速率均对弹性模量和极限延伸率存在显著影响。对选取的4个反映白桦根系力学特性指标而言,拉伸速率与根长(标距)之间均不存在交互效应。对抗拉强度及最大抗拉力而言,拉伸速率与根径、根长(标距)与根径的交互效应均存在且有显著差异表达。对弹性模量、极限延伸率而言,根长(标距)与根径的交互效应的影响不显著,而拉伸速率与根径的交互作用有显著影响。     

黄土丘陵区4种典型植物根系分布特征及对土壤分离速率的影响

以黄土丘陵区4种典型植物种群(狼牙刺、白羊草、铁杆蒿、达乌里胡枝子)为研究对象,采用野外采样、室内模拟试验与分析相结合的方法,对0—30cm土层的各径级根系密度参数(根长密度、根体积密度、根表面积密度)与土壤理化性质、土壤分离速率间的关系进行了研究。结果表明:(1)4种植物的根系径级主要集中在0D≤1.0mm之间,86%~93%的根长和46%~61%的根表面积分布在此范围内,且根系径级越大,根系各密度参数越小;(2)4种植物各径级根密度参数对土壤理化性质(容重、有机质、团聚体)的影响各不相同;狼牙刺根系直径为0D≤1.0mm的根密度参数与土壤容重、有机质含量呈极显著相关;铁杆蒿在0D≤1.0mm径级的根密度参数与土壤容重呈极显著负相关,与土壤有机质含量呈极显著正相关,所有径级的根密度参数与土壤团聚体均呈显著正相关;白羊草在0D≤5.0mm径级区间内的根可有效改善土壤的容重,在0D≤2.0mm径级根密度参数与土壤有机质、团聚体呈显著正相关;达乌里胡枝子在3.0D≤5.0mm径级的根对土壤容重影响显著,直径D1.0mm的根对土壤团聚体有显著的影响;(3)土壤分离速率与根系各密度参数呈负相关。除达乌里胡枝子外,其他3种植物在0.0D≤1.0mm径级上根密度参数与土壤分离速率均呈极显著负相关。     

大型水库消落带2种典型耐淹草本植物单根抗拉力学特性

研究水库消落带2种典型固土护坡草本的单根抗拉力学特性,可为明确草本根系固土护坡的力学机制提供依据。以狗牙根(Cynodon dactylon)、苍耳(Xanthium sibiricum)2种草本植物为对象,通过室内单根拉伸试验,对比观测了不同根径级别条件下单根的抗拉力、抗拉强度、极限延伸率和弹性模量,分析了各力学特性指标与根径间的拟合关系,并探讨了单根拉伸试验过程中的应力—应变特征。结果表明:(1)狗牙根单根抗拉力平均值大于苍耳,在0.30～0.50 mm和0.90～1.00 mm根径范围内两者达到显著性差异(p0.05),狗牙根单根抗拉力分别比苍耳的大28.06%和9.95%;(2)狗牙根单根抗拉强度平均值是苍耳的1.08倍,在0.40～0.50 mm和0.90～1.00 mm根径范围内两者达到显著性差异(p0.05),狗牙根单根抗拉强度分别比苍耳大24.10%和18.72%;(3) 2种草本单根抗拉力和单根抗拉强度随着根径增大,分别呈幂函数增长和幂函数降低关系;(4) 2种草本单根均呈弹塑性材料特征,单根拉伸过程中的应力—应变关系表现为弹性变形、弹塑性变形、塑性变形和突然断裂4个变化阶段,单根弹性变形阶段的极限拉应力约占极限抗拉强度的50%～70%;(5)狗牙根单根极限延伸率显著大于苍耳(p0.05),分别为(23.59±0.44)%和(14.54±0.38)%,与之相反,狗牙根单根弹性模量显著小于苍耳(p0.05),分别为(474.79±13.82)MPa和(540.77±14.21)MPa。整体来看,草本单根抗拉力学特性与植物类型、根径大小密切相关,狗牙根单根抗拉力和单根抗拉强度均大于苍耳,其单根抵抗外界拉伸作用的能力强于苍耳,说明狗牙根具有更强的固土护坡能力。     

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.     

黄土区3种优势灌木根土复合体的抗剪强度研究

黄土区水土流失严重,生态护坡是比较推崇的防护手段,特别是灌木具有发达的根系,对含根土体有较为明显的抗剪增强作用,因此,比较自然条件下区域适生优势灌木的根土复合体抗剪强度,对于合理选择固土护坡植物具有重要意义。以黄土区常见的优势乡土灌木达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、中国沙棘(Hippophae rhamnoides)和狼牙刺(Sophora viciifolia)为研究对象,野外采用三维土柱挖取灌木的根系,进行不同直径单根抗拉试验和根土复合体的剪切试验。结果表明:(1)达乌里胡枝子、沙棘和狼牙刺的根系集中分布于0—40 cm土层中,它们的根长密度、根表面积密度和生物量密度随着土层深度的增加表现出整体递减的趋势。(2)达乌里胡枝子、沙棘和狼牙刺根系的抗拉力(Tensile Resistance,TR)与抗拉强度(Tensile Strength,TS)都表现为关于直径(D)的幂函数(aD^b),其中抗拉力与根径呈正相关(b>1),而抗拉强度与根径呈负相关(b<1)。(3)不同灌木根土复合体的抗剪强度在地下分布是不同的,在根际范围内随土层加深,达乌里胡枝子根土复合体的抗剪强度表现出先增加后减少而后增加又减少的趋势,最大抗剪强度的土层是20—30 cm和50—70 cm,沙棘和狼牙刺根土复合体的抗剪强度表现出先增加后减少的趋势,最大抗剪强度的土层分别是30—50 cm,0—20 cm。说明灌木的细根可以更好地起到固土护坡的作用,建议在黄土区优先选择达乌里胡枝子和沙棘作为护坡植物,从而为生态护坡提供一些参考。     

黑沙蒿直根的材料力学特性研究

以鄂尔多斯采煤塌陷区植物的优势种之一黑沙蒿为研究对象,采用伺服式强力机研究其直根的材料力学特性。结果表明:在1~5mm径级范围内抗拉力、抗折力与根径均呈幂函数正相关,抗拉强度、抗折强度与根径呈幂函数负相关。在拉力和折力分别作用下,直根均表现出弹塑性变形特征,抗拉极限弹性力大于抗折极限弹性力,轴向弹性变形小于径向弹性变形。直根承受径向折力的σ~ε(应力—应变)曲线基本为下凹型,承受轴向拉力时的σ~ε曲线基本为上凸型,对于两种受力形式,极限强度均随根径的增大而减小,极限应变与根径无相关性。1~5mm根径直根的平均抗拉强度(8.32±1.67)MPa大于平均抗折强度(5.39±0.85)MPa,表明黑沙蒿直根抵抗轴向拉力的能力优于抵抗径向折力。     

4种植物生长旺盛期根系易受损的外力类型研究

在植物生长旺盛期,采用材料试验机测定3~4年生柠条、沙柳、沙棘、白沙蒿在1~4mm径级范围内的侧根分支处、相邻上级直根的抗拉力与抗折力,研究4种植物根系易受损的外力类型。结果表明:同径级条件下,柠条和沙柳的侧根分支处、相邻直根均表现为抗拉力小于抗折力,而沙棘和白沙蒿侧根分支处和相邻直根均表现为抗拉力大于抗折力。侧根分支处抗拉强度和抗折强度分别为:柠条(23.70±3.97)(33.66±7.74)MPa,沙柳(14.86±1.28)(17.31±1.91)MPa,沙棘(10.61±2.40)(3.97±1.23)MPa,白沙蒿(5.07±1.25)(2.18±0.39)MPa;相邻直根的抗拉强度和抗折强度分别为:柠条(28.02±4.40)(47.06±4.41)MPa,沙柳(20.33±1.76)(27.54±3.82)MPa,沙棘(15.86±3.90)(8.75±1.71)MPa,白沙蒿(8.80±1.74)(6.15±1.01)MPa。在生长旺盛期,造成柠条和沙柳根系易损的外力类型为轴向拉力,造成沙棘和白沙蒿根系易损的外力类型为径向折力。同一径级下,4种植物根系的抗拉强度、抗折强度均为侧根分支处小于相邻上级直根。4种植物根系抗拉强度和抗折强度的种间差异均为柠条沙柳沙棘白沙蒿。在4种植物根系固土作用中,1~1.5mm范围内的细根起主导作用。     

三峡库区紫色土坡耕地草本植物根系固结地埂的土力学机制

为揭示三峡库区紫色土坡耕地草本植物根系对地埂土壤固结作用的土力学机制,选取库区3种草本地埂植物为研究对象,对3种地埂植物根系的分布特征及抗拉性能进行研究,并分析3种地埂土壤的抗冲性和抗剪强度。研究结果表明,紫花苜蓿、蓑草、桂牧一号的根系总生物量分别为(79.37±1.26),(97.99±1.66),(71.76±1.96)g/m~2,紫花苜蓿根系在0—10cm土层分布最多,蓑草主要根系分布深度集中在10—20cm,桂牧一号根系分布在0—30cm土层深度范围内呈现出递增的趋势,在30—40cm土层深度根系含量不到10%。3种草本地埂植物根系的平均抗拉力为桂牧一号(7.93N)蓑草(6.03N)紫花苜蓿(5.40N),3种地埂植物根系单根抗拉力与根径呈幂函数关系,蓑草地埂植物根系的单根抗拉力与根径的相关性最高。3种地埂植物根系的抗拉强度表现为蓑草根系(45.91MPa)紫花苜蓿根系(19.68 MPa)桂牧一号根系(15.28 MPa)。3种不同草本地埂植物根系间的抗拉力和抗拉强度差异达到显著水平(P0.05)。3种植物地埂土壤的抗冲性变化为蓑草地埂(85.28L/(min·g))紫花苜蓿(69.47L/(min·g))桂牧一号(60.86L/(min·g)),蓑草地埂土壤的抗冲性与紫花苜蓿和桂牧一号间存在显著差异(P0.05)。3种草本植物地埂土壤的抗剪强度顺序为蓑草地埂(115.49kPa)紫花苜蓿(91.73kPa)桂牧一号(75.14kPa)。结果表明,蓑草地埂在三峡库区具有较好的固埂防蚀效果,在三峡库区坡耕地固结地埂土壤中发挥重要作用。三峡库区草本植物固结地埂可为三峡库区坡耕地整治提供新思路。     

半干旱矿区典型灌木根系固土力学及疲劳性能的差异性

[目的] 研究循环荷载对3种典型灌木根系抗拉力学特性的影响，明确疲劳作用后灌木根系固土效能的变化，为半干旱矿区生态修复和侵蚀防控过程中的植物种选择提供科学依据。 [方法] 以北沙柳、小叶锦鸡儿和沙棘根系为研究对象，利用TY8000伺服控制材料试验机对2～4 mm根径范围内的直根及侧根分支处施加轻度和重度循环荷载，分析疲劳前后根系抗拉力和抗拉强度的变化。 [结果] ①3种灌木根生物量、累计根长、根体积和根表面积种间差异显著，均表现为：北沙柳＞小叶锦鸡儿＞沙棘，且根生物量和根体积均主要分布于0-10 cm的表层土体，所占比例平均为38.5%和35.3%，累计根长和根表面积均主要分布于10-20 cm的浅层土体，所占比例平均为30.1%和29.8%。 ②3种灌木直根在疲劳前后抗拉力均与根径呈幂函数正相关，抗拉强度均与根径呈幂函数负相关，且抗拉力和抗拉强度均表现为：小叶锦鸡儿＞北沙柳＞沙棘，根系疲劳可显著提升直根抗拉性能。 ③3种灌木侧根分支处在疲劳前后抗拉力与抗拉强度随根径的变化与直根相似，疲劳前小叶锦鸡儿抗拉力最大，北沙柳次之，沙棘最低，但疲劳后却表现为：沙柳＞小叶锦鸡儿＞沙棘，根系疲劳可显著提升北沙柳和沙棘侧根分支处的抗拉力学性能，却会降低小叶锦鸡儿抗拉能力。 [结论] 在风蚀环境中，北沙柳根系在侵蚀过程中能始终保持良好的抗拉性能，可发挥稳定的固土抗蚀效能，应作为半干旱矿区植被重建的优选植物种。     

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。     

狗牙根根系抗拉性能对水淹时长的响应

为明确水淹胁迫下植物根系对水淹时长的响应特征，该研究以三峡库区消落带优势植物狗牙根根系为研究对象，以未水淹为对照，分析不同水淹时长下（0,15,30,60,90,120,150和180 d）狗牙根根重密度、根系活力及抗拉性能的变化规律，明确根系抗拉性能对水淹时长的响应规律。结果表明：随着时间的增加，对照组根重密度和根系活力基本无明显变化，而淹没组根重密度与根系活力均随水淹时长增加呈先急剧减小后缓慢减小的变化规律，水淹初期（15 d）减小量分别占根重密度和根系活力总减小量的65.15%和75.86%。水淹环境会明显降低狗牙根根系抗拉性能，根系最大抗拉力和抗拉强度均随水淹时长的增加而下降，180 d水淹分别造成根系抗拉系数和抗拉强度系数减小了59.46%和59.48%。不同直径根系对水淹的响应程度有所不同，根系最大抗拉力下降程度随其直径的增加而增加，0.6～0.7 mm直径狗牙根根系最大抗拉力下降幅度最大，达7.56 N，抗拉强度下降程度则随根系直径的减小而增加，0.1～0.2 mm直径狗牙根根系抗拉强度下降幅度最大，达36.42MPa。因此，水淹显著降低狗牙根根重密度、根系活力和抗拉性能...     

宁夏南部黄土丘陵区典型草本根系分布特征

为揭示宁夏南部黄土丘陵区几种典型草本根系分布特征,采用根钻法和Win RHIZO根系分析系统对草本(百里香、星毛委陵菜、猪毛蒿、长芒草)整根特点、0—30 cm土层分布特征以及表层根—土结合体状况进行了定量分析。结果表明:(1)各草本根系除长芒草外,大部分具有发达的侧根,细根绝大部分位于土壤浅层。(2) 4种草本0—30 cm土层根长密度为2.38～23.56 mm/cm~3,各径级根以≤0.5 mm根最大,占总根长密度的73.4%～86.4%。根表面积密度为2.65～28.83 mm~2/cm~3,百里香以≤0.5 mm根,猪毛蒿以2～3.5 mm根最大,其余草本各级根分布相对均匀。根体积密度为0.61～49.36 mm~3/cm~3,各径级根百里香以2～3.5 mm根,猪毛蒿以0.5～1 mm根最大,其他草本数值很小。随根径增加各草本的根长密度降低,根体积密度先增后降。(3)草本根长密度主要集中在0—20 cm土层(88.3%～100%),根表面积密度百里香、星毛委陵菜集中在0—10 cm(81.3%～99.3%),长芒草、猪毛蒿集中在0—20 cm(90.9%～100%),两个参数值均随土层深度的增加而减小。(4)根土结合体定量分析认为,百里香、星毛委陵菜、长芒草3种草本固结表层土壤效果较好。     

三峡库区紫色土坡耕地草本地埂植物根系分布及抗拉力学特征

[目的]探究三峡库区紫色土坡耕地3种草本地埂植物根系分布及抗拉特征,为揭示地埂植物根系固结地埂提供理论依据和数据支持。[方法]以三峡库区自然恢复的蓑草、人工种植的韭菜和蚕豆这3种草本地埂植物根系为研究对象,对比分析其根系在不同地埂土壤深度的分布规律及根系抗拉特性。[结果](1)在0—40cm深度土壤中3种草本地埂植物根系直径变化表现出:蚕豆根系韭菜根系蓑草根系。3种草本地埂植物根系直径与地埂土壤的土层深度间服从指数函数关系。(2)在0—40cm地埂土层深度范围内,韭菜根系生物量与蓑草根系和蚕豆根系生物量之间存在显著性差异(p0.05),韭菜和蚕豆地埂植物根系生物量随土层深度的增加而逐渐减小,蓑草地埂植物根系生物量随土层深度的增加先增加后减小。(3)3种草本地埂植物根系的单根平均抗拉力次序为蚕豆根系(10.53N)蓑草根系(6.03N)韭菜根系(4.51N),3种地埂植物根系单根抗拉力与根径呈幂函数关系(p0.05)。3种地埂植物根系的抗拉强度表现为蓑草根系(45.91 MPa)蚕豆根系(18.02MPa)韭菜根系(12.20 MPa)。(4)3种草本地埂植物根系黏聚力变化顺序为:蓑草根系(0.013 1kPa)蚕豆根系(0.009 4kPa)韭菜根系(0.005 5kPa)且3种地埂植物根系黏聚力与土层深度呈指数函数关系(p0.01)。[结论]自然恢复的蓑草地埂在三峡库区较其他两种人工种植的地埂植物有更好的固结地埂效果,从而有效控制坡面土壤侵蚀和水土流失。草本植物固结地埂可为三峡库区坡耕地治理提供新思路。     

不同演替阶段群落根系分布与土壤团聚体特征的协同变化

采用空间代替时间的方法,选取黄土高原丘陵区退耕地演替前期(茵陈蒿)、中期(铁杆蒿)和后期(白羊草)典型群落,研究了不同植物群落在不同演替阶段的根系特征、分布格局及其与土壤团聚体之间的关系。结果表明:群落根系主要为2mm的细根,且多向土壤表层集中,根长密度、表面积,根系生物量以及比根长表现出随着直径的增大而减小规律。同时随着演替的进行,土壤团聚体稳定性有所增强,根长密度和根表面积也表现出增长趋势。对比群落根系分布与土壤团聚体的相关关系可知,表层0.5~2mm的细根根长、表面积与根系生物量和土壤团聚体稳定性极显著相关,说明了植物细根在群落演替以及土壤结构变化中具有重要作用。     

黄土丘陵沟壑区主要物种根茎力学特性

植物根茎力学特性影响着植被固定土壤和拦截的能力,是植被抗侵蚀特性研究不可缺少的一部分。在延河流域选取的6个典型小流域内,对铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、茭蒿(Artemisia giralii)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、阿尔泰狗哇花(Heteropappus altaicus)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、蒙古蒿(Artemisia mongolica)的根茎进行广泛采样,在测量其根直径、抗拉力、抗拉强度、茎直径、抗弯强度和刚度、木质素和纤维素含量等指标的基础上,探讨了植物根茎力学特性。结果表明:根系直径与抗拉力呈显著的正相关关系,与抗拉强度呈显著的负相关关系,且均可用幂函数进行拟合;随着茎的直径增长抗弯刚度不断加强、抗弯强度趋于稳定;猪毛蒿茎平均直径、最大抗压力和抗弯刚度较其他物种大;达乌里胡枝子的茎抗弯刚度较小,根系抗拉强度和茎抗弯强度却最大;抗弯强度与木质素含量、纤维素含量和纤维素/木质素均具有显著的相关关系。     

旱季雨季对黄土丘陵退耕区植被根系分布及水分利用的影响

黄土丘陵区属于季节性干旱的区域,研究退耕生态系统植被根系分布及其水分利用特征对植被恢复具有重要意义。该研究利用稳定同位素技术,采集黄土区5种典型退耕植被群落的根系、土壤样品,分析根系形态结构和稳定同位素特征,探讨根系在不同季节的吸水策略。结果显示:旱季茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草、达乌里胡枝子群落和油松的根长密度(16.3、21.7、17.3、17.3、6.0 mm/cm3)分别是雨季(1.7、2.1、3.2、5.9、4.2 mm/cm3)的9.4、10.2、5.3、2.9、1.4倍,茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草根系对土壤水分季节变化的响应较为敏感。茵陈蒿群落仅可利用0~10 cm土壤水,旱季铁杆蒿、白羊草群落主要利用30~40 cm土壤深度的水分,雨季吸水深度上移至0~20 cm。旱季达乌里胡枝子和油松主要利用60 cm以下的土壤水分,雨季则吸收20~40 cm土壤水分。表明退耕植被群落根系在不同季节的吸水策略不同,旱季吸收较深的土壤水而雨季则吸收近地表的土壤水,吸水深度范围的季节变化与土壤水和根系分布变化相一致。该研究为黄土丘陵区退耕植被对流域生态水文过程影响的研究提供科学依据。