五种护坡草本植物根系固土效果研究

对于公路边坡而言,植物根系在稳定土壤结构、提高土壤抗冲性、防治土壤侵蚀方面作用显著。为准确地评价植物根系的固土作用,选取北京地区常见的5种护坡草本植物,研究了其根系结构特征和根系强度特征,比较了不同草本植物根系结构的差异,结果表明:选取的草本植物根系生长深度除紫花苜蓿外多在0.6 m以内,沙打旺和狗尾草的根系总长度最大,表现出更好的抵抗拔出破坏的能力,而高羊茅和沙打旺根系在土壤中的数量较多,表现出更好的增强浅层土壤抗剪强度的效果。因此,北京地区的护坡草本植物,从根系固土的角度分析,沙打旺表现最好,其次是狗尾草、高羊茅和白三叶,表现较差的为紫花苜蓿。     

黄土塬区三种豆科牧草的竞争生长

通过田间试验研究了沙打旺、紫花苜蓿和达乌里胡枝子3种豆科牧草在黄土旱塬以不同密度单播、混播时的竞争生长能力及水分利用效率.单播时苜蓿生长次年3个密度的生产力分别为15349kg·hm-2、20582kg·hm-2、21531kg·hm-2,沙打旺和胡枝子3个密度的生产力分别为7979kg·hm-2、16440kg·hm-2、21055kg·hm-2和2412kg·hm-2、5270kg·hm-2、7102kg·hm-2.混播草地生产力以苜蓿 胡枝子最高(平均19227kg·hm-2),沙打旺与胡枝子混播的生产力最低(平均11977kg·hm-2).和生产力较高的参混种苜蓿、沙打旺单播相比,苜蓿与沙打旺混播及沙打旺与胡枝子混播的生产力在3种密度下均有不同程度的降低.苜蓿主根下扎深度2m,0～60cm根系占总根量的66%,沙打旺和胡枝子根系最大下扎深度分别为1.8m和1.5m,0～60cm根系占总根量比例分别是80%、91%.3种牧草中苜蓿的平均水分利用效率最高,为25.75kg·mm-1·hm-2,胡枝子最低为7.71kg·mm-1·hm-2,沙打旺居中.苜蓿群体种内个体间竞争强度高于沙打旺和胡枝子.结果表明在黄土旱塬上苜蓿的竞争生长能力和水分利用效率高于沙打旺和胡枝子;不同牧草混播后可以提高水分利用效率,但生产力相对降低.     

两种灌木根系对异质生长空间的适应分布特征

为探究灌木根系对异质空间的适应策略,以紫穗槐和胡枝子两种灌木为研究对象,采用盆栽控制生长空间的研究方法,以放置不同形状的木板在盆内模拟不同喀斯特异质空间条件(孔隙型、圆形裂缝型、条形裂缝型和孔隙+岩石阻挡型),研究了异质空间条件下两种灌木根系分布特征。结果表明:(1)异质空间条件下紫穗槐和胡枝子根系各项指标均高于均质空间,异质空间条件对根系生长有促进作用。不同植物受异质空间的影响程度不同,胡枝子在异质空间下的根系生物量显著高于均质空间。不同异质空间对根系生长的影响不同,紫穗槐和胡枝子根系均在孔隙型和圆形裂缝型两种空间条件下最为发达。(2)紫穗槐和胡枝子根生物量分布特征受异质空间影响。在异质空间下两种树种根生物量的垂直分布均集中分布在土层深度5—10 cm和15—20 cm范围内,水平分布均集中分布在距植株中心0—3 cm内。紫穗槐根系生物量的水平分布受异质空间具体形状影响较大,孔隙型空间和圆形裂缝型空间对其水平分布影响较为显著。(3)两种灌木对异质空间的适应策略不同,紫穗槐根系对异质空间的适应策略为寻找更多空间,而胡枝子根系对异质空间的适应策略为占据有限空间。综上,紫穗槐和胡枝子根系生长受空间影响,两种灌木根系对生长空间适应策略不同。     

紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护时间效应的数值分析

为探究紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护的时间效应,该研究考虑降雨入渗条件并以含不同生长期紫花苜蓿的黄土边坡为例,基于室内土工试验获取参数,分别采用含植物根系的无限边坡模型和数值模拟两种方法进行稳定性分析。结果表明：降雨作用使得边坡潜在滑动面位置由坡体内部转移到降雨最大入渗深度处;随着坡面植被的生长,边坡浅层土体的强度逐渐提高,潜在滑动面又逐渐转移到边坡内部。根据数值模拟强度折减法,边坡稳定系数随着植被生长不断增大。对比无限边坡模型与数值模拟方法计算的边坡稳定系数,植物根系生长到1.0 m且不论在天然状态或降雨条件下黄土边坡均处于稳定状态,植物根系在0～0.8 m且在降雨条件下时处于不稳定状态,随着边坡植物生长期的延长,边坡稳定系数总体变化趋势一致,即先降低再逐渐增大。草本植物随着生长期的延长,对降雨条件下黄土边坡坡面侵蚀有明显的抑制作用,从而草本植物根系生长能够提高黄土边坡稳定性。当草本植物生长时间达到150 d时,能够有效防治黄土坡面侵蚀,并提高黄土边坡稳定性,因此草本植物生长的前5个月为关键期。研究成果对于黄土边坡浅层破坏防护以及实现黄土地区可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。     

矿山边坡生态建设的植被特征与群落动态变化

为了解边坡生态防护工程植被建植的生长变化规律,依托实际工程,以植生基质喷射技术（Planting Material Spraying,简称PMS绿化工程技术）体系作为矿山边坡复绿的应用背景,对3个不同坡向、坡度的边坡在人工植被建植后5年内主要群落特征（物种、盖度和高度等）进行跟踪调查.结果表明：1）边坡人工植被建植1周年内,数量特征总体上表现为组成简单、垂直结构不明显.刺槐、胡枝子、狗牙根、紫花苜蓿和高羊茅长势优于其他物种.2）植被建设5年后,建设效果良好,多样性和丰富度得到提高,优势度下降,均匀度趋于稳定,形成有较强固土护坡效果的多年生草本＋胡枝子＋刺槐的植被群落,乔灌草植株根系发运良好,且豆科植物在群落中占据着主要的优势.3）植被越冬越夏期间,部分高羊茅出现倒伏现象,少量刺槐出现叶片萎缩,波斯菊相较于其他植物死亡植株较多,但大部分植物对于极端天气抵抗力较好,并初步形成有较强固土护坡效果和较好景观效果的植物群落.     

3种草本植物根系特征及与径流泥沙关系

以无芒雀麦、紫花苜蓿和早熟禾为研究对象,通过野外径流小区天然降雨产流产沙观测和室内根系扫描试验,分析了3种草本植物在1∶1.5和1∶1.2坡比边坡上的根系生长特征、固土保水效益,以及根系特征与径流小区产流产沙量的关系,结果表明:(1)1∶1.2与1∶1.5坡比边坡相比,早熟禾根系根长密度、平均直径、表面积密度和根尖数密度等根系特征值降低了51%～75%,径流小区产流产沙量分别增加了33%和37%;无芒雀麦和紫花苜蓿根系特征值变化幅度为1%～40%,产流产沙量增加比例在6%以内。(2)3种草本植物径流小区与裸地小区相比,产流量减少了27%～41%,产沙量减少了60%～70%。(3)3种草本植物根系根长密度、平均直径、表面积密度和根尖数密度与径流量、泥沙量均表现为负相关线性函数关系,草本植物根系对径流小区产沙量影响比产流量大。(4)早熟禾在1∶1.5坡比边坡和紫花苜蓿在1∶1.2坡比边坡保持水土效果最好,为侵蚀沟治理植被选择提供了参考依据。     

护坡植物在植物卷材中的适应性研究

植物卷材是针对岩石边坡防护难、成本高而设计的一种高强度、低成本人工植被基材,目前还处于试验阶段。三亚原位验证试验结果表明:高羊茅、白灰毛豆、刺槐、多花木蓝等植物在卷材中长势良好,而种子硬实率高的黄荆和截叶胡枝子与生长速度缓慢的马桑则体现了极强的不适应性;在整个试验过程中,刺槐和多花木蓝的数量下降幅度较小,其他植物的死亡率均在40%以上;乔木刺槐在坡面上变成了优势物种,虽然对其他植物种子的萌发和幼苗的存活并未产生显著影响,但对大部分植物幼苗的生长产生的影响却很显著;刺槐、白灰毛豆和多花木蓝根冠比较大,能大大提高它们的抗旱性和生长能力,是它们在坡面上成活率高、生长好的重要原因。     

三种护坡植物根-土复合体抗剪强度比较

以紫穗槐、胡枝子及狗牙根根系及其与土壤构成的根-土复合体为研究对象,通过对根-土复合体的室内直剪试验,比较分析了不同物种根系和不同含根量对根-土复合体的抗剪强度的影响。结果表明,根系的存在提高了土体的抗剪强度,根-土复合体的抗剪强度随着含根量的增加而增大,但当含根量达到一定值时根-土复合体的强度增加并不明显,即存在最佳含根量范围;与无根扰动土相比,根-土复合体内摩擦角无显著变化,但显著提高了黏聚力,其中紫穗槐、胡枝子、狗牙根黏聚力平均增幅分别为47.5%,39.2%和38.9%;紫穗槐、胡枝子和狗牙根根-土复合体对土壤的抗剪强度影响不同。在水土流失区种植乔灌木物种能有效增加坡体稳定性,降低土壤侵蚀。     

刺槐根系抗弯特性研究

从根径和坡位两方面研究了石质陡边坡刺槐根系的抗弯特性。通过对刺槐根系进行室内单根弯曲试验,分析了不同坡位下坡向侧根的抗弯特性。试验结果表明,根系的抗弯强度与坡位的关系显著,不同坡位抗弯强度关系为:坡顶>坡中>坡底。坡顶和坡底根系的抗弯强度与根径之间存在递增的幂函数关系,而坡中根系抗弯强度与根径之间的关系不显著。弯曲弹性模量与根径存在递减的幂函数关系,在根径大于8mm左右,不同坡位根系弯曲弹性模量大小关系为:坡顶>坡中>坡底。不同坡位根系的最大弯曲力之间差异不显著,最大弯曲力沿着坡面向下呈递减趋势。不同坡位根系的断裂挠度之间差异也不显著,但根系的断裂挠度沿着坡面向下呈递增趋势。综合这些结果,可以发现坡顶根系的抗弯性能最佳,对边坡稳定的贡献较大。     

生长延缓剂对华北边坡绿化3种草本植物种子发芽的影响

草本植物可以稳定公路、铁路和矿山等工程建设遗留的大量裸露边坡,并改善其生态环境,而以灌草型植物为目标群落的边坡绿化中,草本种子比灌木种子萌发和生长快、竞争性强,开展植物生长延缓剂的研究,以抑制草本种子萌发和生长.以华北地区的常用的沙打旺、紫花苜蓿和高羊茅为试材,探索不同浓度的矮壮素、多效唑和烯效唑溶液,单独浸种处理对3种草本植物发芽势及胚根和胚芽生长的影响.结果表明:矮壮素和烯效唑溶液降低了沙打旺和紫花苜蓿的胚芽长度比,提高了胚根长度比;300～400 mg/L的多效唑溶液对3种草本种子的发芽势均具有抑制效果,500 mg/L的烯效唑溶液对紫花苜蓿和高羊茅的发芽势都具有抑制效果.该研究可为植物生长延缓剂处理边坡绿化草本种子提供参考指标.     

矿山废弃地植物种植模式对土壤改良效果

为探讨不同植物种植模式对矿山废弃地土壤肥力快速改良的效果,选取8种典型的植物种植模式(黑麦草、草木樨、沙打旺、小冠花、紫穗槐、紫穗槐+小冠花、紫穗槐+黑麦草和草木樨+黑麦草)。通过野外土壤采样与室内养分测定并结合主成分分析方法,对不同植物及种植模式下的土壤肥力进行了相关分析。结果表明:不同种植模式均能较好的改善土壤水分状况,土壤含水率平均值比对照高8.7%;不同种植模式下土壤含水率随着土层深度的增加,总体呈增加—减少—增加—稳定的变化趋势;植物对土壤蓄水保水效果的改良主要体现在0—40cm的土层;土壤中的各养分指标质量分数总体表现为0—10cm土层大于10—20cm土层,呈现出一定的表聚效应;植物生长初期,不同种植模式对矿山废弃地土壤的改良效果依次为沙打旺草木樨黑麦草草木樨+黑麦草紫穗槐+小冠花紫穗槐+黑麦草紫穗槐小冠花,单播种植模式相对优于混播种植模式。研究结果可为今后矿山废弃地重构土壤的水分变化研究、优良种植模式选择及土壤肥力的快速改良提供参考。     

黄土高原水蚀风蚀交错带水分和密度对人工草地土壤呼吸的影响

为研究黄土高原水蚀风蚀交错带不同水分与密度处理的人工苜蓿和沙打旺草地土壤呼吸特征,分析了人工草地土壤呼吸对水分和密度的响应及其与环境因子的关系。结果表明：水分增加能够显著促进黄土高原水蚀风蚀交错带人工草地土壤呼吸速率（P〈0.01）,土壤呼吸对不同密度处理的响应特征因草地植被类型不同而异,土壤呼吸速率的季节变化对水分增加和密度响应不敏感。土壤水分是土壤呼吸的限制因子,土壤温度与土壤呼吸速率在6-7月份（旱季后期）相关性不明显,8月份后（雨季）相关性增强。土壤呼吸与表层土壤水分和温度有着显著的耦合关系,加水减弱了苜蓿草地土壤呼吸对水分和温度的依赖,而未改变沙打旺草地土壤呼吸对表层土壤水分和温度的依赖。     

黄土丘陵沟壑区典型草被产流产沙特征及其影响因素

退耕还林还草是黄土高原水土流失重要治理措施之一。为探讨自然降雨条件下,不同种类草被种植对坡面产流产沙特征的影响,采用定位观测方法,基于罗玉沟水土保持监测站6种不同草被(小冠花、红豆草、沙打旺、紫花苜蓿、红三叶、鹰咀紫云英)覆盖坡面的野外观测数据,分析了不同降雨条件下各草被覆盖径流小区的产流产沙规律。结果表明：(1)各场次降雨中,小冠花覆盖下的坡面产流量及产沙量均较大,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面均较小;(2)除沙打旺和鹰咀紫云英以外的草被覆盖小区产流产沙量均与降雨量和最大降雨强度呈显著或极显著关系;(3)侵蚀性降水依据降雨量、降雨历时和最大降雨强度分为3种类型：Ⅰ雨型(降雨量大、降雨历时长、最大雨强大)、Ⅱ雨型(降雨量、降雨历时、最大雨强均居中)、Ⅲ雨型(降雨量较小、降雨历时短、最大雨强小)。6种草被在不同雨型下产流产沙特性不同,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较少,小冠花覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较大。综上,不同草被覆盖下的坡面产流产沙规律不尽相同,对不同降雨特征的响应程度也存在差异,小冠花覆盖小区的抗侵蚀能力较差;沙打旺和鹰咀紫云英覆盖小区的抗侵蚀能力...     

黄土丘陵区不同退耕模式林下草本变化特征

通过对黄土丘陵区纸坊沟流域退耕37a不同退耕模式的油松+紫穗槐混交林(PA)、油松林(PT)、刺槐林(RP)、柠条林(CKK)及对照样地撂荒地(CK)草本植被进行调查与采样,研究物种多样性、草本盖度、枯落物量、地上及根系生物量、根冠比、根长密度等植被的变化特征。结果表明:1)物种多样性撂荒地最高,柠条林最低,顺序为CK>PA>PT>RP>CKK;2)草本盖度、地上生物量均为撂荒地最高,油松林最低,大小顺序分别为CK>CKK>RP>PA>PT和CK>RP>CKK>PA>PT,方差分析结果显示,植被盖度差异不显著,地上生物量差异极显著(P<0.01);3)样地枯落物量、草本根系生物量均为油松+紫穗槐混交林最高,刺槐林最低,大小顺序分别为PA>CKK>PT>CK>RP和PA>CKK>CK>PT>RP,方差分析结果表明,枯落物量未达显著差异,根系生物量差异显著(P<0.05);4)草本根冠比、根长密度均为油松+紫穗槐混交林最高,撂荒地最低,大小顺序分别为PA>PT>CKK>RP>CK和PA>CKK>RP>PT>CK,且均达显著性差异水平(P<0.05);5)土壤分层地下生物量与植被地上各指标达极显著相关(P<0.01),且呈y=xa幂指数关系。     

干旱区土地利用和土壤改良及植被恢复方式对沙地养分的恢复效应

为研究干旱区土地利用、土壤改良和植被恢复方式对沙地养分的恢复效果,在乌兰布和沙漠东北缘开展试验研究。研究表明,土地利用方式和人为合理的经营活动对沙漠化土地肥力的恢复和提高有较大影响,在农业耕作制度中,其改土培肥效应以草田轮作最高,农作物套种次之,农作物单种最低;在荒漠沙地上种植农作物较果树更有利于保护土壤生态环境;在荒漠沙地上造林,应以防护林为主,不宜营造大规模杨树速生丰产林;在沙地上营造灌木薪炭林,可起到改良贫瘠沙地的功效;在沙地上种植沙打旺、草木樨和苜蓿均可有效的提高沙化土地肥力,以沙打旺效果最好,草木樨次之,苜蓿最差;在围栏封沙育草中,不同植物群落类型对沙地土壤改良效果有所不同,多植物群落优于单一植物群落。土壤氮磷比由高到低依次排序为白刺＋沙蒿＞沙蒿＋沙竹＞沙蒿＞沙竹＞小花棘豆＋沙蒿＞白刺＞小花棘豆,土壤氮磷比的高低主要取决于氮素水平。     

薪炭林植物选择指标数值分析

根据薪炭林植物应具有热值高,抗旱性强的特点,文章选择了产量、热值、水势、组织含水量、自由水/束缚水和自然饱和亏六个特征指标,在单指标分析的基础上,又应用数值分析技术选出了沙棘、狼牙刺、山桃、柠条、沙打旺、草木樨、苜蓿、红豆草共8个优良的薪炭林植物种。