植被混凝土基材2种草本植物根-土复合体直剪试验研究

通过在植被混凝土基材上对狗牙根和紫花苜蓿2种有代表性的草本植物进行样地种植和室内直剪试验,分析植被混凝土基材上不同深度根-土复合体抗剪强度的分布规律,对比基材空白样地相应深度的抗剪强度,证实和量化了草本植物根系增强土壤抗剪切强度的作用。试验表明:根-土复合体在0-10cm土层内摩擦角变化不明显,粘聚力随深度先增大后减小;与基材空白样样地相比,根-土复合体内摩擦角变化不大,粘聚力变化显著,狗牙根粘聚力最大增幅为129.4%,紫花苜蓿粘聚力最大增幅为77%;狗牙根根-土复合体抗剪强度比同期生长的紫花苜蓿根-土复合体的抗剪强度高。     

三峡库区几种耐水淹植物根系特征与土壤抗水蚀增强效应

为明确用于三峡库区消落区植被构建的岸生植物物种根系特征与土壤抗水蚀之间的关系,对狗牙根(Cynodon dactylon(L)Pers.)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart)Griseb)、荻(Triarrhena saccharifloraNakai)、牛鞭草(Hemarthria compressa(L.f.)R.Br.)、香附子(Cyperus rotundusL.)、野古草(Arundinella anomala Steud.)等6种耐水淹植物根系进行了研究。利用根钻(Eijkelkamp agrisearch equipmentmodel 15.01)在野外直接取样的方法,获取了含有目标物种根系的土柱试验样品,采用改进的抗崩解装置测量土壤的水蚀速率,计算了这6种植物根系对土壤的抗水蚀增强系数,并使用根系分析系统(WinRHIZO Pro.2004c)对根系特征进行了分析。研究发现,空心莲子草、荻、香附子和狗牙根的根冠比均值较大,野古草、荻具有较大的根长密度和根表面积密度;含有根系的土壤水蚀速率显著低于对照,空心莲子草、荻、野古草的土壤抗水蚀增强系数显著高于其他3个物种;根长密度、根表面积密度均与土壤抗水蚀增强系数之间呈极显著的线性关系;根系径级中D≤2 mm的根系与土壤抗水蚀关系最为密切,土壤抗水蚀增强系数与D≤2 mm根系的根长密度和根表积密度均呈显著的线性关系,相关系数随着径级的增加而减小。结果表明,6物种均能显著增强土壤的抗水蚀能力,空心莲子草、荻、野古草的增强作用最为明显;根长密度、根表面积密度能很好地表征土壤的抗水蚀能力,尤其是D≤2 mm或D≤0.5 mm根系的根长密度和根表积密度,可以作为表征土壤抗水蚀能力的最重要参数。     

不同草本的根系分布特征及对土壤水分状况的影响

为明确草本植物根系对土壤水分性质的影响,以香根草[Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash]、百喜草(Pas palum natatum)、狗牙根[Cynodon dactylon(L.) Pers.]和紫花苜蓿(Medicago sativaL.)为研究对象,用WinRHIZO(Pro.2004C)根系分析系统对根系进行扫描,用SPSS 18.0对根系、土壤物理性质指标、土壤持水量进行相关分析.结果表明,4种草本植物的根长密度随土壤深度的增加而减小,分布规律可用指数函数来描述;香根草和紫花苜蓿的根系主要分布在0-20 cm土层,百喜草和狗牙根的根系则集中在0-10 cm土层;随土壤深度的增加,土壤的总孔隙度、非毛管孔隙、贮水能力和饱和持水量逐渐减小,土壤容重则逐渐增大;根系主要是通过0.5 mm＜L(根系直径)≤1mm和1 mm＜L≤2rm径级来实现对土壤水分性能的改良.     

土壤干密度和含水率对2种紫色土抗剪强度的影响

选择广泛分布于重庆丘陵山区的钙质紫色土和中性紫色土2种土壤,通过室内三轴剪切试验测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响。结果表明:(1)在相同干密度情况下,2种土壤粘聚力(c)随着含水率增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力(c)随干密度增大而增大;2种土壤内摩擦角(φ)在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对粘聚力(c)有显著影响,粘聚力(c)随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,并在此交互条件下c达到最大。钙质紫色土粘聚力(c)在干密度为1.7g/cm3,含水率为11%时达到极大值,此时粘聚力(c)为154.59kPa,中性紫色土粘聚力(c)在干密度为1.6g/cm3,含水率为8%时达到极大值,此时粘聚力(c)为126.38kPa。(3)含水率和干密度的交互作用对内摩擦角(φ)影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大,相对而言,含水率对内摩擦角(φ)的影响更明显。钙质紫色土内摩擦角(φ)随含水率的增大呈曲线下降,中性紫色土内摩擦角(φ)随含水率增大有一个短暂的增大过程,而后随之迅速减小。     

陕北林草混交根土复合体抗剪强度研究

为进一步探讨林草混合根系的护坡力学效应,选取陕北乡土植物小叶杨和白羊草为试验目标,分别进行室内单根拉伸试验以及原状林草混合根土复合体的慢剪试验,较为系统地分析了小叶杨和白羊草根系的抗拉强度特征和根土复合体的抗剪强度特征。结果表明:小叶杨和白羊草的单根抗拉力与根径之间呈近似幂函数的正相关关系,而两者单根抗拉强度与根径之间均表现为近似负相关的对数关系,且在根径小于0.75mm时白羊草的单根抗拉强度远大于相同根径的小叶杨;随着根长密度、根表面积密度的增大,土壤内摩擦角φ随之均呈对数增长,而土壤粘聚力c则均呈直线增长趋势。说明林草混合根系的加入可以有效提高土体的抗剪强度,且有助于增强边坡稳定性,同时为林草一体化的护坡技术提供理论依据。     

三峡水库消落带4种草本根系抗拉特性及根系粘聚力

为明确三峡水库消落带典型草本植物根系抗拉特性并评价其固土能力,在三峡腹地忠县石宝镇消落带选取牛鞭草(Hemarthria altissima(L.f.)R.Br.)、扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa(L.f.)R.Br.)、双穗雀稗(Paspalum paspaloides(Michx.)Scribn.)和自然恢复草本狗牙根(Cynodon dactylon(L.)Pers.),采用WinRhizo Pro.2009c根系分析系统分析了4种典型草本植物根系在土壤剖面的分布,利用拉力测试仪测定了4种草本根系的抗拉力并计算其抗拉强度,用Wu氏模型估算了根系对土壤粘聚力的增强值。结果表明,4种草地的根系大部分都分布在0—5cm土层中,根长密度(RLD)和根面积比(RAR)均沿土壤深度呈幂函数递减分布。4种消落带草本根系的平均抗拉力次序为狗牙根(5.86N)牛鞭草(5.55N)扁穗牛鞭草(5.50N)双穗雀稗(4.14N)。同样,狗牙根(62.26 MPa)平均抗拉强度最大,扁穗牛鞭草(51.29 MPa)和牛鞭草(50.66 MPa)次之,双穗雀稗(48.81 MPa)最小。4种草本根系都可以显著地增加土壤粘聚力,扁穗牛鞭草、牛鞭草、双穗雀稗、狗牙根最大增强值(表层0—5cm)分别为21.09,22.47,19.51,15.40kPa,平均增加黏聚力值分别为4.90,4.69,4.42,3.12kPa。说明4种草本植物的根系均具备较好的固土潜能,其中扁穗牛鞭草和牛鞭草根系的固土能力最强,双穗雀稗次之,狗牙根最弱。研究结果可以为三峡水库消落带的植被恢复和水土保持工程提供一定依据,并适当的推广到其他水库或湖泊消落带。     

干湿循环条件下重庆地区三种土壤抗剪强度的动态变化

选择广泛分布于重庆丘陵山区的黄壤、钙质紫色土和中性紫色土3种土壤,通过对室内三轴剪切试验,测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响,在含水率和干密度对土壤抗剪强度影响分析的基础上,3土壤按各自最优含水率和干密度制作干湿循环试验土样,进行干湿循环条件下土壤抗剪强度的动态变化分析。试验结果显示：(1)在相同干密度情况下,3种土壤粘聚力c值随着含水率的增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力c值随干密度增大而增大,3种土壤内摩擦角φ值在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对土壤粘聚力c值有显著影响,粘聚力c值在1.3-1.7g/cm₃干密度范围内随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,在这样一个交互作用下粘聚力c值达到最大,含水率和干密度的交互作用对内摩擦角φ值影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大。(3)3种土壤的粘聚力c值均随干湿循环次数的增加均呈减小趋势,且前两次循环c值衰减幅度都很大,从第三次干湿循环到第五次干湿循环粘聚力c值衰减幅度很小,趋于稳定。(4)3种土壤在干湿循环后内摩擦角φ值总体呈减小趋势,但不同土壤类型间存在差异,第五次循环结束后,黄壤为24.6?,中性紫色土为22.6?,钙质紫色土为19.3?。     

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。     

青海柴达木盆地盐湖区5种盐生植物根-土复合体抗剪强度影响因素及评价

为探讨高寒干旱环境下盐生植物根—土复合体抗剪强度影响因素以及复合体抗剪强度特征,选取了位于柴达木盆地西北部的尕斯库勒盐湖区作为研究区,筛选出芦苇、海韭菜、无脉苔草、赖草和洽草5种优势盐生植物作为试验供试种,对其进行了室内根—土复合体原状试样直剪试验,分析了复合体容重、含水量、根长密度(RLD)、根重密度(RWD)和根面积比(RAR)5种因素对根—土复合体抗剪强度影响;在此基础上,采用灰色关联法进一步评价了上述5种因素对复合体抗剪强度的影响程度,结果表明:盐生植物根—土复合体粘聚力c值、摩擦角φ值与影响因素间的灰色关联度容重为0.740,0.879,含水量为0.698,0.849,根重密度为0.692,0.609,根长密度为0.655,0.519,根面积比为0.631,0.569;5种盐生植物根—土复合体粘聚力c值与5种影响因素容重之间的关系相对较为显著。其中芦苇根系增强土体粘聚力c值作用相对较为显著,其根系在土体中呈近似垂直状分布,故在试样中根系多数穿过剪切面,即当复合体发生剪切变形时,试样中根系基本均能起到抵抗剪切变形作用。该研究成果对研究区及其周边地区有效防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象发生具有一定理论研究价值和实际指导意义。     

不同类型土壤－柠条根系复合抗剪力学特性的比较

为揭示柠条根系固土抗蚀机理,以柠条锦鸡儿与低液限粘土、砒砂岩风化土、含细粒土砂3种土壤类型的根土复合体做为对象进行室内直剪试验,研究3种土壤类型的柠条根土复合体抗剪强度及强度指标,分析其差异性。结果表明:3种不同土壤类型下柠条根土复合体剪切规律均服从摩尔－库仑强度破坏准则。0.05显著水平下,12.5 kpa下根系提高土体抗剪强度优于25 kpa。抗剪强度、残余抗剪强度及二者的强度指标均为柠条根与3种土壤类型根土复合体优于相应素土。抗剪强度、残余抗剪强度、粘聚力及残余粘聚力大小排序为:低液限粘土根土复合体 > 砒砂岩风化土根土复合体 > 含细粒土砂根土复合体,内摩擦角和残余内摩擦角大小排序为:含细粒土砂根土复合体 > 砒砂岩风化土根土复合体 > 低液限粘土根土复合体。粘聚力、残余粘聚力的增长率区间为9.97% ~ 45.78%,内摩擦角和残余内摩擦角的增长率区间为?4.09% ~ 2.40%。根会增强土壤抗剪强度及残余抗剪强度。柠条根系对提高低液限粘土的抗剪特性作用效果最明显,提升效果最好。粘聚力在根土复合体抗剪强度、残余抗剪强度的增加中起主要作用。     

Root development of winter wheat in erosion‐affected soils depending on the position in a hummocky ground moraine soil landscape

Agricultural soil landscapes of hummocky ground moraines are characterized by 3D spatial patterns of soil types that result from profile modifications due to the combined effect of water and tillage erosion. We hypothesize that crops reflect such soil landscape patterns by increased or reduced plant and root growth. Root development may depend on the thickness and vertical sequence of soil horizons as well as on the structural development state of these horizons at different landscape positions. The hypotheses were tested using field data of the root density (RD) and the root lengths (RL) of winter wheat using the minirhizotron technique. We compared data from plots at the CarboZALF‐D site (NE Germany) that are representing a non‐eroded reference soil profile (Albic Luvisol) at a plateau position, a strongly eroded profile at steep slope (Calcaric Regosol), and a depositional profile at the footslope (Anocolluvic Regosol). At each of these plots, three Plexiglas access tubes were installed down to approx. 1.5 m soil depth. Root measurements were carried out during the growing season of winter wheat (September 2014–August 2015) on six dates. The root length density (RLD) and the root biomass density were derived from RD values assuming a mean specific root length of 100 m g^?1. Values of RD and RLD were highest for the Anocolluvic Regosol and lowest for the Calcaric Regosol. The maximum root penetration depth was lower in the Anocolluvic Regosol because of a relatively high and fluctuating water table at this landscape position. Results revealed positive relations between below‐ground (root) and above‐ground crop parameters (i.e., leaf area index, plant height, biomass, and yield) for the three soil types. Observed root densities and root lengths in soils at the three landscape positions corroborated the hypothesis that the root system was reflecting erosion‐induced soil profile modifications. Soil landscape position dependent root growth should be considered when attempting to quantify landscape scale water and element balances as well as agricultural productivity.     

滇南地区普洱茶树根系对土壤优先路径形成的影响

为明确滇南地区普洱茶种植下土壤优先路径特征以及根系对其形成的影响,以典型普洱茶产地为研究对象,灌草地为对照,基于染色示踪法与图像处理技术,定量分析普洱茶树根系特征与土壤优先路径的关系,解释根系对优先路径形成的影响。结果表明:(1)茶地和灌草地染色路径宽度随土层深度增加呈不同幅度的下降趋势,茶地优先路径的连通性比灌草地差,优先路径的发育程度小于灌草地;(2)根系主要集中分布在土壤表层,随土层深度增加,根重密度、不同径级根长密度均呈减小趋势,径级≤1 mm的根长密度贡献度最大,达到84.08%;(3)染色路径宽度与根重密度、径级≤1,1～3 mm的根长密度呈显著相关(P0.05),其中灌草地染色路径宽度与径级≤1 mm的根长密度呈极显著相关性(P0.01),相关系数为0.986;(4)染色路径宽度与径级≤1 mm的根长密度拟合效果较好,R~2高达0.970 6,径级≤1 mm的细根系对优先路径形成的影响程度更大。根系是影响土壤优先路径的重要因素之一,开展滇南地区普洱茶树根系对土壤优先路径影响的研究,可为当地水土流失治理以及水资源管理提供一定的科学依据。     

含根量与土壤抗剪强度增加值关系的试验研究

通过对裸地、车桑子灌木林地不同深度土壤在天然含水量情况下的直剪试验，及对车桑子根系沿垂直方向的分布情况的调查，研究了含根量对非饱和土抗剪强度的影响。结果表明，植物根系具有提高非饱和土抗剪强度的作用，含根量沿垂直方向呈指数函数规律分布，黏聚力和内摩擦角沿垂直方向的增加值均与含根量成正相关关系。     

针叶与阔叶树根系对土壤抗剪强度及坡体稳定性的影响

重庆缙云山地处三峡库区,是国家重点自然保护区。由于地势特点,坡面极易发生土壤侵蚀及浅层滑坡,因此,在不破坏原有生态环境的前提下,有效防止灾害发生是该地区的重点防治工作。选取了同种根构型的针叶树种(马尾松Pinus massoniana Lamb)和阔叶树种(四川大头茶Gordonia acuminate),比较其提高土壤抗剪强度的作用强弱,并分析根面积比率、剪切带根系径级比、根系位置范围,以及根系角度等因素对土壤抗剪强度的影响。结果表明,针叶树种对土壤抗剪强度增强效果强于阔叶树种;针叶树种根系平均抗拉强度较大,其对土壤抗剪强度的增量更大;针叶树种根系分布范围较广且存在更多与剪切方向成60°的根系,表现出更好的固坡作用;根面积比率对土壤抗剪强度影响不明显。     

三峡地区阔叶林地植物根系分布特征与优先路径关系分析

优先路径研究是研究地下水分运动的重要环节。本文通过亮蓝染色示踪试验法直接观测并区分林地土壤基质和土壤优先路径,分别对染色区和未染色区观测到的土壤优先路径、植物根系根长密度和根重密度进行分析,研究发生土壤优先流过程中植物根系的作用及由植物根系形成的优先路径的联通情况。研究发现,降雨强度越大,优先路径染色区的表层呈现越加明显的宽区域聚集分布。雨强为25 mm/d时,样地土壤染色区域表层大区域优先路径聚集分布厚度平均为50 cm。根径 > 5 mm的根系根长密度的大小对土壤孔隙的大小影响显著,根径 < 5 mm的根系根长密度的大小对于土壤孔隙的联通有明显作用。此外,土壤中植物根重密度的大小与优先路径数量和联通程度正相关,根重密度越大越有利于构成优先路径,有利于形成优先流。不同样地两区域植物根重密度在土壤10—20 cm和30—40 cm深度范围内具有极显著差异（P < 0.05）,而优先路径在30 cm深骤然减少。此方法在一定程度上可为优先路径的研究提供新的借鉴和参考。     

Root Growth and Soil Water Dynamics in Relation to Inorganic and Organic Fertilization in Maize–Wheat

Agricultural productivity is increasingly becoming dependent upon soil fertility, which is generally thought to be supplemented through the application of nutrients mainly through inorganic fertilizers. The present study aims to characterize the soil physical environment in relation to long-term application of farmyard manure (FYM) and inorganic fertilizers in a maize–wheat cropping system. The treatments in both the maize and wheat systems included a control (without any fertilizer or FYM), FYM (farmyard manure at 20 t ha^?1), N₁₀₀ (nitrogen at 100 kg ha^?1), N₁₀₀P₅₀ (nitrogen and phosphorus at 100 and 50 kg ha^?1), and N₁₀₀P₅₀K₅₀ (nitrogen, phosphorus, and potash at 100, 50, and 50 kg ha^?1). The treatments were replicated four times in a randomized complete block design in sandy loam soil. The root mass density in surface layers of both the crops was lower in FYM and higher in inorganic fertilizer plots. The root length density was found to be highest in FYM-treated plots and lowest in control plots. The periodic soil matric suction during wheat following maize remained highest in FYM plots followed by that in N₁₀₀ plots in all the layers. The soil water storage of wheat at harvest (rice–wheat) was highest (21.1 cm) in control and lowest (17.8 cm) in FYM-treated plots. The soil water status, root growth, and crop performance improved with balanced fertilization.     

果树根系吸水函数的建立

通过对苹果树根系的详细测定和研究,针对前人在作物根系吸水的研究中有争议之处,以大田一般情况为基础,提出了新的苹果树根系吸水函数,并建立了以新函数为源汇项的SPAC系统模拟模型,经田间试验检验,模拟准确、精度高。     

再生水分根交替滴灌对马铃薯根-土系统环境因子的影响研究

分根交替（PRD）滴灌技术是很有节水潜力的灌水技术。利用再生水,采用分根交替滴灌技术对马铃薯根长密度、根重密度及土壤水盐的空间分布影响进行了研究。结果表明,马铃薯根系主要分布在0-60 cm的土层内,以植株为中心,呈放射状沿不同方向减小。通过研究所建马铃薯根长密度的空间分布函数能较好地反映根系的三维分布趋势。PRD灌溉可以刺激马铃薯根系生长,水分利用效率提高39%。进行PRD灌溉时应重点考虑滴头位置处及垄坡上的水盐变化,最好能起到节水控盐的双重作用。再生水PRD地下滴灌是对传统地表滴灌的优化和提升。     

黄土丘陵区不同树龄旱作枣园细根空间分布特征

以黄土丘陵区2、6、10、15龄旱作枣林(Ziziphus jujube cv.Junzao)为研究对象,采用根钻法,距树干0.5、1、1.5 m处、分层(0.2 m)钻取土样,分析了旱作枣林细根随树龄的变化特征。结果表明:随着枣林树龄增大,枣林细根根长密度增加,比根长减小;2龄枣树细根主要分布于径向1.5 m以内和垂向1.6 m以上,10、15龄枣树细根分布超过径向1.5 m和垂向3 m以上,并在株间形成根系高密度区,6龄枣树细根径向分布范围大于2龄,垂向分布与10龄和15龄接近;不同树龄枣林细根根长密度均随土层深度增加而减小,且主要集中在0~0.6 m土层中;随着树龄增加,细根根长密度径向分布无差异(10、15龄)。研究表明:2、6龄枣林应靠近树干地表处施肥,而理论上成熟期10、15龄枣林可在林内任意位置施肥;同时为防止枣林减产和退化,需增加枣林管理措施以有效降低枣树自身奢侈性耗水和非生产性耗水。