北方5种常见乔木根?土摩擦锚固性能研究

  目的  油松、白桦、蒙古栎、华北落叶松和榆树作为在北方广泛生长及种植的树种，其根系在锚固土壤和防止滑坡方面起着重要作用，因此研究其根?土界面摩擦性能具有科学意义。  方法  本文将挖自于木兰围场县木兰林管局北沟林场的5种乔木树种根系按不同直径分成若干小段，并将单根埋入干密度为1.52 g/cm3、含水率为12.72%的土壤试件盒中。通过北京林业大学植被力学实验室自主研发的根系拉拔试验机对埋入土壤的单根进行拔出试验，探究单根拔出的作用机理并从不同树种、不同直径两方面分析影响其摩擦力的因素。  结果  （1）单根在被拔出的过程中会发生两种破坏模式，当根的最大抗拉力小于根?土界面最大摩擦力时发生拔断破坏，反之则发生拔出破坏。（2）单根的最大摩擦力随直径以幂函数关系增长且拟合度很高，树种对于最大摩擦力的增幅具有明显的影响。（3）蒙古栎、榆树根?土界面最大剪应力随直径的增长而减小，白桦、华北落叶松、油松根?土界面最大剪应力随直径的增长而增大。（4）5种树种根?土界面剪应力与位移曲线可以用改进的双曲线模型进行拟合，各树种剪应力均在位移量为总值的6%时达到峰值。  结论  研究表明不同树种及直径对其根系固土效果会产生较大的影响，传统的固土效果预测方法会高估根系的固土作用，因此在进行人工防护林建设过程中应综合考虑根系的影响。      

油松根系直径对根鄄土界面摩擦性能的影响

植物根系与土壤界面的摩擦特性对于斜坡的稳定性是一个重要因素。为研究林木根系直径变化对植物根系 固土性能的影响,通过对油松单根施加拔出载荷进行室内直接拉拔实验,分析了油松根系直径变化对根-土界面摩 擦性能的影响。实验表明,根系鄄土壤最大摩擦力与根系直径存在明显的线性正相关关系,通过建立单根简化模型 对根土间的摩擦情况进行分析,证明与实验结论一致;同时,实验与模型分析得出根土摩擦力与根系的埋置深度也 存在线性正相关关系;另外,对影响根系初始拔出载荷的因子进行分析,表明其大小也与根系直径和根系埋置深度 呈正相关关系。研究了根系直径生长变化对根-土复合体稳定性的影响机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考 价值。      

不同渗灌埋深对温室黄瓜、番茄水分生产效率及土壤氮素的影响

研究了不同渗灌埋深对设施番茄、黄瓜生长、水分生产效率以及根层土壤无机氮变化的影响。结果表明,在相同灌溉量的情况下,与渗灌埋深在地下30cm相比,渗灌埋深在地下10～20cm对浅根系的番茄和黄瓜生长有利,能明显提高蔬菜的产量和水分生产效率,并能减少收获时0～20cm土壤无机氮残留。     

不同渗灌埋深对温室黄瓜、番茄水分生产效率及土壤氮素的影响

研究了不同渗灌埋深对设施番茄、黄瓜生长、水分生产效率以及根层土壤无机氮变化的影响。结果表明，在相同灌溉量的情况下，与渗灌埋深在地下30cm相比，渗灌埋深在地下10～20cm对浅根系的番茄和黄瓜生长有利，能明显提高蔬菜的产量和水分生产效率，并能减少收获时0～20cm土壤无机氮残留。     

紧实胁迫对不同类型土壤玉米根系时空分布及活力的影响

 【目的】明确不同土壤类型玉米根系时空分布、根系活力、玉米产量及其对土壤紧实胁迫的响应。【方法】采用微区桶栽,设计土壤类型和紧实度两因素试验,研究紧实胁迫下玉米根分布、活力及产量变化特征。【结果】紧实胁迫下玉米根形态指标（根干重、根长度、根体积和根条数）及产量均呈下降趋势,3类土壤上根形态指标大小和产量高低均表现为：潮土>砂姜黑土>黄褐土;根吸收活力（根总吸收面积、活跃吸收面积和根脱氢酶活性）及根系还原强度与根形态指标变化趋势一致,但比吸收表面、比活跃吸收表面随紧实度增加而增大。降低紧实度促进了单株根系干重、长度、吸收活力和产量的增加,尤其促进了20—40 cm 土层根长密度和根干重密度的增加,但单根的吸收能力呈下降趋势;3类土壤上玉米根系生长、根活力和产量对紧实胁迫的响应以砂姜黑土和黄褐土较为敏感。【结论】紧实胁迫严重限制了根系生长、分布和吸收功能以及产量形成,但根系并不是被动地忍受逆境的胁迫,而是积极主动地调节其生理代谢过程,以减缓紧实胁迫伤害,但缓解能力有限,且不同类型土壤上根系的响应程度与土壤本身理化性质密切相关。     

天然草本植被根系对表层土壤抗剪强度的影响

利用直剪仪在试验室测定了一年生天然草本植被(主要为稗草和狗尾巴草)根系特征参数对土壤-根系复合体抗剪强度的影响。结果显示,土壤-根系复合体抗剪强度与根重密度的相关性大于其与根长密度或根-土面积比的相关性。土壤-根系复合体抗剪强度随着土壤干密度和根重密度的增大而增大,但随土壤含水量的增大而减小。土壤干密度和土壤含水量对土壤-根系复合体抗剪强度的影响程度大于根重密度的影响程度,其与土壤-根系复合体抗剪强度的标准回归系数(Beta值)分别为0.456、-0.321和0.186。当根重密度为5~10kg/m3时,一年生天然草本植被根系可增大土壤-根系复合体抗剪强度19.8%~39.5%。     

额济纳平原包气带土壤水分的研究

本文通过对额济纳平原植被生长不同地段包气带非饱和土壤中水分运动的研究,建立饱和—非饱和数值模型,对不同岩性结构剖面在不同地下水位埋深条件下,进行非饱和带土壤水分含量分布分析计算;依据实地对植被生长状况、根系深度、包气带土壤含水量的观测数据,分析得出额济纳平原胡杨在粘性土中的适生水位埋深为4.0~4.5m,在砂性土中的适生水位埋深为4.0m;沙枣的适生水位与胡杨基本相同;柽柳在粘性土中的适生水位为4.5m,在砂性土中为5.0m。     

平邑甜茶根系构型、养分吸收和新梢生长对根域形状的反应

【目的】根系构型是根系的重要形态特征,也是影响植株养分吸收的重要因素,栽培容器可以通过特异的根域形状影响根系形态、结构和养分吸收特性;平邑甜茶[Malus hupehensis (Pamp) Rehd.]是优良的苹果砧木,对根域环境反应敏感,本研究主要探讨不同形状的根域对平邑甜茶新梢生长、根系构型参数及根系养分吸收的影响,为分析和塑造理想根系构型及改善苹果砧木养分吸收和植株生长提供依据。【方法】分别利用盆口直径小于盆高、盆口直径大于盆高和盆口直径等于盆高3种陶土盆,创造深窄形根域、浅宽形根域和等高等径根域3种根系构型环境,早春将等体积、同类型的营养土装入盆中,并选择植株长势和根系形态相近的平邑甜茶幼苗移栽至上述陶盆中,8个月后取样调查根系形态构型参数、新梢生长量、根系活力和根系养分吸收速率。【结果】在根域形状不同的3种栽培环境中生长8个月后,平邑甜茶幼苗新梢生长、根系构型和养分吸收特性差异明显,其中,生长在深窄形根域中的幼苗一级侧根数量最多,一级和二级侧根长度最短,植株根/冠比最大,其根系活力和对钾的吸收速率最低,对磷、钙和锌的吸收速率较低,对铁的吸收速率较强。生长在浅宽形根域中的幼苗新梢粗长、叶片多,新梢生长量最大,一级侧根和二级侧根最粗和最长,二级侧根数量和毛细根数量最多,根/冠比较小,根系对钾的吸收速率最高,对磷和锌的吸收速率较高,对钙的吸收速率较低,对铁的吸收速率最低。生长在等高等径根域中幼苗新梢细短、叶片少,新梢生长量最小,主根最细,一级侧根数量和毛细根最少,根/冠比较小,其根系活力最高,对钙和锌的吸收速率较高,对磷、钾和铁的吸收速率较低。【结论】根域形状对平邑甜茶幼苗根系形态构型、养分吸收性能、根/冠比和新梢生长影响显著;深窄形根域使幼苗侧根长度和直径变小、一级侧根数量增多,植株根/冠比增大及对铁的吸收能力提高;浅宽形根域使平邑甜茶幼苗侧根粗且长、毛细根更丰富,植株对磷、钾的吸收能力和新梢生长增大;等高等径根域使幼苗主根直径变小、一级侧根和毛细根数量减少,使根系活力和植株对钙的吸收能力提高。     

不同含水率水平下根-土复合体抗剪强度试验研究

本文以典型的沙地柏群落中选取的土样与根系作为研究对象,通过实验室直接剪切试验方法对比分析在不同含水率下无根系扰动土和有沙地柏根系存在的根土复合土样的抗剪性能.得出:根-土复合体可以提高土壤的抗剪强度,起到固土护坡的作用.同时根土中含水率的大小及植被根系密度对土的抗剪强度均明显很大影响,且随着根系的生长,土的抗剪性能的增...     

水稻根系通气组织与根表铁膜关系的研究

采用土培试验研究了嘉花1号这种基因型水稻根系通气组织对其根表铁膜形成的影响。结果表明,这种基因型水稻在不同的水分条件下根系通气组织的大小和根表铁膜的形成情况均不同：淹水条件下根系形成的通气组织和根表铁膜均高于湿润条件。在不同的土壤条件下根系形成的通气组织和根表铁膜数也不同：加有机质的土壤水稻根系形成的通气组织多,铁膜数也多,加硫的土壤也呈此趋势,都高于对照。     

黑沙蒿与粉土质砂根-土及土-土界面摩阻特性

以鄂尔多斯上湾煤矿塌陷区水土保持先锋灌木之一黑沙蒿和粉土质砂为研究对象,通过直剪试验和根-土复合体单根拉拔试验,探究土壤质量含水率、根径对黑沙蒿根-土界面及土-土界面摩阻特性的影响。结果表明:在土壤埋深72 cm和144 cm左右,2种剪切界面的抗剪强度值均随质量含水率增加呈先增后减趋势;黑沙蒿根-土复合体最大拉拔力与根径呈明显线性正相关,其抗剪强度随根径增加而减小;土壤质量含水率从3.94%增至19.94%,黑沙蒿根-土界面摩擦系数由0.48减至0.38,土-土界面摩擦系数由0.43减至0.35;2种剪切界面的黏聚力随土壤质量含水率增加呈现先增后减趋势,土壤质量含水率为11.94%时,黑沙蒿根-土界面黏聚力峰值为4.51 kPa,土-土界面黏聚力峰值为4.56 kPa。     

棉秆拔秆机拔秆装置的设计与试验

为小型履带自走式棉秆拔秆机设计了拔秆装置。该装置主要由旋转刀辊、输送钉齿、压缩滚筒、清理滚筒等组成,针对南方行距不一的复杂地势,能实现不对行拔取,清理棉秆根部泥土,且不易拔断棉秆。对影响棉秆拔净率和拔断率的主要因素——机具前进速度、刀辊旋转速度、辊刀入土深度进行了单因素和多因素正交试验。结果表明:影响棉秆拔净率和拔断率的因素大小依次是辊刀入土深度、刀辊旋转速度、机具前进速度;当辊刀入土深度为15 cm、刀辊旋转速度为415 r/min、机具前进速度为0.8 m/s时,棉秆拔净率可达95.8%,拔断率仅为9.6%。     

秸秆集中掩埋还田深度对二化螟幼虫越冬存活率和出土规律的影响

为研究秸秆集中掩埋还田深度对稻秆内二化螟越冬存活率和春季田间出土行为的影响,在2010年3月至6月、2010年11月至2011年6月、2011年3月至6月设置秸秆春耕还田和秋播还田试验,均设集中掩埋深度5 cm、20 cm、35 cm、50 cm 4个处理,以常规覆盖还田为对照。结果表明:秸秆掩埋还田深度与二化螟越冬存活率呈显著负相关,掩埋越深二化螟存活率越低,还田深度超过20 cm时,幼虫死亡率达60%以上,秸秆春耕还田二化螟越冬存活率比秋播还田低。秸秆掩埋还田二化螟越冬幼虫出土历期最长达85 d(2010年秸秆秋播还田),最短是没有幼虫出土(2011年秸秆春耕还田)。秸秆掩埋还田幼虫出土高峰主要集中在5∶00～7∶00和20∶00～22∶00,而秸秆覆盖还田幼虫出土高峰主要集中在12∶00～14∶00。以上结果说明秸秆集中掩埋还田深度影响二化螟越冬幼虫存活率和其春季田间出土行为。     

插入式地下滴灌对土壤入渗和水盐分布的影响

【目的】研究插入式地下滴灌对盐碱土壤入渗与水盐分布的影响。【方法】采用室内土柱试验,以阿拉尔灌区春季返盐的盐碱土土壤为研究对象,比较分析不同滴头流量与滴头埋深,对土壤湿润峰运移和湿润体内部水分及盐分的影响规律。【结果】相同入渗时间和滴头流量条件下,地下滴灌比地表滴灌湿润峰深度、湿润面积、湿润体内土壤平均含水量和脱盐深度增加。与CK处理相比较,T₁处理土壤湿润峰深度和土壤湿润面积分别增加20.89%和18.01%;T₂处理土壤湿润峰深度和土壤湿润面积分别增加45.78%和19.06%。T₁和T₂处理土壤湿润体内含水量平均值分别增加2.48%和1.37%。土壤脱盐深度由10 cm增加至25 cm。增加滴头埋深和流量,能够增加土壤持水效率,T₁～T₄处理0～25 cm土层土壤持水效率分别为2.56%、3.82%、9.81%和13.35%。滴头流量较小,随滴头埋深增加,土壤盐分表聚。T₂处理0～5 cm土层深度土壤积盐率为67.98%。若增加...     

土壤-耕具接触的有限元仿真分析

利用数值模拟结合正交试验设计方法,研究不同刀具楔角、耕作深度和土壤-耕具间摩擦因数对切削阻力的影响,及切削过程中土壤裂纹的扩展形态。模拟结果表明:当楔角一定时,随着耕深和摩擦因数的增加,裂纹长度随之增加且趋于平缓;当楔角和耕深不变,摩擦因数不同时,裂纹形态的扩展趋势不同;当楔角为20°,耕深为10cm,摩擦因数为0.45时切削力较小;而当楔角为25°,耕深为20cm,摩擦因数为0.70时切削阻力较大。楔角、耕深及土壤-耕具间摩擦因数都是影响耕作过程切削阻力大小的因素,而且因素间的交互影响不可忽视。不同因素水平下土壤切削过程产生的裂纹形态及切削力大小不同。     

底质掩埋对苦草种子成苗和幼苗存活的影响

为探索底质掩埋对人工恢复苦草(Vallisneria natans)的影响,研究了塘泥和河沙掩埋0、1、3、5 cm深度下苦草种子的成苗状况和苦草幼苗的存活状况.结果表明,掩埋深度增加会显著降低种子的成苗率、幼苗的存活率、植株的株高和干重,其中掩埋深度达5 cm时,苦草种子不能成苗,幼苗不能存活,与无掩埋相比,掩埋1 cm和3 cm处理中,幼苗存活率的下降幅度显著低于种子成苗率,且掩埋1 cm处理的幼苗存活率下降不显著,掩埋3 cm处理的河沙组种子的成苗率和幼苗的存活率显著高于塘泥组;无掩埋、掩埋1 cm和掩埋3 cm处理中,塘泥组苦草的平均株高、株均干重和根冠比均显著大于河沙组.表明底质掩埋对苦草种子成苗的影响大于对幼苗存活的影响;塘泥比河沙更有利于苦草的生长,但掩埋深度较大时,塘泥对种子成苗率和幼苗存活率的影响比河沙更明显.     

空心莲子草宿根片断化程度及埋藏深度对其萌芽和幼苗生长的影响

[目的]为空心莲子草入侵的预防控制提供理论依据。[方法]通过控制试验,研究了空心莲子草宿根不同片断化程度以及不同土壤埋藏深度对宿根萌芽及幼苗生长的影响。[结果]宿根片断化程度越高,空心莲子草产生越多的萌芽来建立种群,而在宿根片断化程度低的情况下,则通过幼苗早期快速生长来建立种群。土壤埋藏深度对宿根萌芽具有显著影响,然而只要宿根能萌芽出土,经过充分的生长期,土壤埋藏深度对宿根萌发苗的生长是没有显著影响的。[结论]在宿根片断化下,通过萌芽和幼苗生长的权衡策略,有利于空心莲子草的入侵;在防除空心莲子草方面,控制其宿根萌芽出土是关键,覆土深埋可以控制空心莲子草的萌芽。     

管土接触作用下管道沉陷复杂应力分析

场地沉陷是导致埋地管道破坏的重要原因之一.应用管道与土体接触作用的半无限屈服理论,建立了沉陷作用下管土相互作用模型,以土壤和管道自重为载荷,计算了沉陷区长度、壁厚、内压、管径、管土摩擦因数、管道埋深等复杂因素作用下的管道应力,分析了其对管道Mises应力的影响规律,进而评估管道的安全性.算例分析结果表明,该方法能够较好模拟管道的破坏过程,可为沉陷区域埋地管道数值模拟提供理论依据.（表3,图7,参10）