油菜根系固土拉力的原位测定研究

应用锚杆拉力计和自行没计的剪切箱对不同根系密度的油菜根系固土能力在10 cm深度进行了原位测定.结果表明,当施加载荷达到3.5 kN时,生长有油菜的土壤样方1(根系密度为1.11 kg/m3)位移为38.0mm,生长有油菜的土壤样方2(根系密度为0.57 kg/m3)位移为46.0 mm,而裸土样方位移为49.7 mm.土壤样方内根系密度越大,达到土壤样方与土体分离的特征点所需要施加的载荷就越大.土壤样方1的屈服拉力点为3.5 kN,抗拉极限点为4.0 kN;而土壤样方2的屈服拉力点为3.1 kN,抗拉极限点为3.5 kN.该测定方法可以在水土保持上作为评价不同作物(植物)固土能力的有效参考手段.     

玉米根系原位固土力学特性研究*

 通过采用自制的剪切箱和锚杆拉力计对玉米（云瑞8号,Zea mays.L）根系在10cm和20cm两个深度上和空地样方的固土能力进行了原位测定比较。结果表明,施加相同载荷时,两种深度空地样方位移大于有根玉米样方;20cm深度样方位移为4个样方中最小。作物扎根越深,达到剪切分离样方特征点所需的载荷越大。10cm玉米样方屈服拉力点载荷为2.7kN,抗拉极限点载荷为2.9kN;20cm玉米样方屈服拉力点载荷为3.6kN,抗拉极限点载荷为3.61kN;10cm空地样方两点载荷分别为2.3kN和2.5kN;20cm深度空地样方载荷分别为3.1kN和3.4kN。该方法可直接量化测定玉米根系固土能力,为农业水土保持提供了有效研究手段。     

香根草根系固土拉力的原位测定

 应用锚杆拉力计和项目组自行设计改进的剪切箱,原位测定了不同深度（10cm,20cm）分蘖期香根草根系固土、单根拉力。结果表明,在给香根草施加载荷初期,根系都会发生弹性形变,荷载与位移都按比例增加,呈现一定的线性关系。当载荷超过根系抗拉极限后,随着拉力的继续增加,根系发生塑性形变,载荷与位移关系逐渐偏离直线,反映出非线性弹性特征,测定的土体样方与土体分离。但与裸土样方相比,在施加同样载荷的情况下,有根样方位移明显要小于无根样方,说明香根草具有一定的固土能力,并且根系入土越深,植物固土能力越强。     

不同生育期小麦根系固土力的原位测定

 农作物在生长过程中其根系对土壤的固持作用可以减轻坡地土壤的水土流失,测定农作物根系对土壤的固持力可以从一个方面评价不同作物的水土保持作用。本研究以云南主要农作物小麦为例,应用锚杆拉力计和自行设计的原位测定剪切箱对不同生育期的小麦根系固土力进行了原位测定。结果表明：处于分蘖期,抽穗期和成熟期的小麦,在施加载荷初期,被测样方都会发生弹性形变,荷载与位移都按比例增加,呈现一定的线性关系。当载荷超过根系抗拉极限后,随着推力的继续增加,样方发生塑性形变和蠕变,载荷与位移关系逐渐偏离直线,反映出非线性弹性特征,测定的土壤样方与土体分离。不同生育期小麦根系固土力大小顺序为：成熟期>抽穗期>分蘖期     

根系逐渐破坏过程中固土效果研究

植物根系的固土效果会随根系破坏而发生变化,但其变化过程并不明确。以重庆缙云山的四川山矾为研究对象,以2 mm为根系径级,采用逐径级剪除根系法模仿根系逐渐遭到破坏的过程;同时测量根系的抗拉与抗拔强度,利用自制大盒直剪仪测量根土复合体的抗剪强度,并与Wu模型计算值作对比,系统研究根系逐渐破坏过程中的固土效果。结果表明,春季生四川山矾3年幼苗的植物根系抗拉强度随着根系直径的减小而减小。当根系直径小于2 mm时,根系拉拔强度要高于植物根系的抗拉强度,当根系直径大于2 mm时,则根系抗拉强度更大。大盒直剪测量结果显示,根系破坏过程中根土复合体的抗剪强度首先保持不变,当大于2 mm的根系开始与土壤分离时,根土复合体的抗剪强度会快速下降。在一定范围内,根面积比越大,根土复合体的抗剪强度越大,根系对土壤的加固作用越强。在根系逐渐破坏过程中,Wu模型在一定程度上高估了根土复合体的抗剪强度,且高估值与根面积比呈正相关关系。      

不同基因型油菜成熟期根系特征及其与根际土壤养分关系

为缓解西北风沙区冬季地面裸露、风蚀严重的问题,以3种油菜类型共20个油菜品种为试材,在相同的栽培条件下于油菜成熟期分析油菜总根长、根表面积、根体积、根干质量、主根长、主根直径、直径小于2mm的总根长、根尖数等根系指标及油菜根际土的全氮、速效磷、速效钾、有机质质量分数的差异,并进行了相关性分析,旨在探索不同类型不同品种油菜根系差异以及根系对根际土壤养分的影响,进而为选择出根系发达的油菜类型和油菜品种增加相应的实践经验。结果表明,不同类型油菜、同一类型不同品种油菜间的根系指标及根际土养分质量分数存在显著差异,表现为:(1)甘蓝型和白菜型油菜的总根长、根表面积、根尖数、直径小于2mm的总根长普遍大于芥菜型,其中甘蓝型油菜的根表面积相对芥菜型提高15.10%~94.00%;芥菜型油菜的根体积和根干质量最大,其中芥菜型油菜平均根体积分别比白菜型、甘蓝型油菜平均根体积提高11.26%、12.39%,平均根干质量分别减少49.77%和43.14%;芥菜型和甘蓝型油菜的主根长和主根直径普遍大于白菜型油菜。(2)3种油菜类型根际土壤全氮、速效钾、有机质质量分数大体上符合芥菜型白菜型甘蓝型的趋势,速效磷质量分数表现为白菜型芥菜型甘蓝型。(3)油菜总根长、根表面积、根尖数、直径小于2mm的总根长与各养分指标呈负相关;油菜根表面积、根长、根尖数越大,养分吸收越多;芥菜型油菜主根发达,生物量大,可在土壤贫瘠、易风蚀的区域种植用于防风固土,培肥地力;甘蓝型油菜根系表面积大,可在水肥条件较好的地方种植用于收获经济产量。     

狗牙根种质资源的根系分布特征及抗拉强度研究

为比较不同狗牙根种质资源的固土护坡能力,研究了不同狗牙根的根系分布特征及抗拉强度,结果表明:狗牙根的根系集中分布在0～10 cm土层,其根长密度和根重密度随土层深度的增加而减少,C2的根长密度和根重密度均优于C1和C3.3份狗牙根材料的平均根直径均小于1.0 mm,C2的有效根密度最大;狗牙根的根系抗拉强度均随根系直径的增加而减小,3份材料的根系最大抗拉强度的峰值均出现在根系直径小于0.4 mm径级,表明细根的固土护坡能力较粗根好,3份材料中C2的根系平均抗拉强度最大.从3份狗牙根材料中初步筛选出较适宜做护坡的狗牙根为C2.     

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。      

植物根系抗拉力学性能研究进展

根系是植物固土的基本单元,根系力学性能研究是植物根系固土研究的基础。植物护坡工程中,植物根系通过发挥抗剪和抗拉作用提高边坡稳定性。根系抗拉能力是增强边坡稳定性最重要的因素之一,根系抗拉力学性能研究具有重要意义。在分析国内外多种植物根系抗拉力学性能研究的基础上,总结了这些植物根系抗拉力学特性的研究现状,分析比较了植物根系抗拉力学性能研究试验的方法和多种影响因素与植物根系抗拉性能的关系,得出如下结论:①目前尚未形成标准的根系抗拉试验,根系抗拉性能试验研究的方法和设备有待科学规范;②根系直径与抗拉力和抗拉强度关系研究已经形成共识,即根系直径越大,抗拉力越大,抗拉强度越小;③根系抗拉强度随根系采伐时间的推移而降低;④根系长度、含水量、加载速率、根系内部化学成分和微观结构等对抗拉力和抗拉强度的影响研究较少,尚未形成统一结论,还需要加强研究。最后,探讨了植物根系抗拉力学性能研究存在的问题和趋势,认为夹具的改进、根系形态解剖结构研究、根系疲劳破坏研究应成为今后研究的重点。     

树木根系固土力学机制研究综述

近30 a来,由于科学技术的发展和生态环境建设的需要,根系固坡力学机制研究成为学科交叉的新领域。鉴于此,概述了近30 a来固土力学机制的研究进展及今后研究方向。综观根系固坡的研究历程,研究集中在林木根系抗拉、锚固、根系-土壤复合体提高抗剪强度等方面。今后应加强对根系纤维素、半纤维素的定量分析,探讨不同植物根系弹性、抗拉力及应力-应变关系的差异,加强水土保持树种搭配的理论研究,从不同力学特性的根系相搭配的角度来研究根系固土护坡的功效。在边坡的稳定方面,应用有限单元方法研究根土复合体边坡的应力场、位移场的变化及边坡的稳定性情况,并用有限元的方法解决实际生产中的边坡造林中树种选择、造林密度等问题。     

崇明地区典型设施土壤次生盐渍化特征研究

本研究为探明崇明设施土壤次生盐渍化现状和特征,在崇明岛的4个地区的5种轮作模式中布置了10个样点,共采集了40个土壤样品,进行了测试与统计分析。结果表明,设施土壤表层有酸化的趋势,表层土EC值高,最高的达到6.47 mS/cm;0~5 cm积盐层NO₃--N平均值达1 370 mg/kg,有的甚至高达3 054 mg/kg,土壤NO₃--N表聚明显,水旱轮作与芦笋连作的NO₃--N的含量差异悬殊,水旱轮作可以一定程度上降低土壤NO₃--N,延缓土壤次生盐渍化的形成。     

植被细根对典型黑土土壤抗蚀性的影响

在松嫩平原东北部、小兴安岭西麓的黑龙江省克山农场(东经125°7′40″～125°37′30″,北纬48°11′15″～48°24′7″)内,选择立地条件相近的樟子松(Pinus syvestris var.mongolica)人工林、水曲柳(Fraxinus mandshurica)人工林、水曲柳樟子松人工混交林(7水3樟)和以黄花蒿(Artemisia annua)、苔草(Carex tristachya)为优势种的天然草地为试验地,选择耕地作为对照试验地,在每个试验地内分别设置20 m×20 m的样地3块;在每块样地内沿1条对角线均匀机械布设3个样点,按照不同土壤深度(h)范围(0h≤20 cm、20 cmh≤40 cm)分层采集原状土用于抗蚀指数测定;在每块样地中沿2条对角线机械布设9个取样点,采集细根样品,测定细根的长度和根表面积;经植被细根的质量密度、根长密度、根表面积密度和土壤抗蚀指数的测定与计算,分析植被细根对黑土土壤抗蚀性的影响。结果表明:①研究的4种类型植被的细根组成中均以径级(d)0d≤1 mm根系为主,乔木植被细根的质量密度、根长密度、根表面积密度均明显大于草地植被,下层土壤中差异更显著(P0.05),显著提高了土壤的抗蚀性。②乔木植被主要是通过改变下层土壤(20 cmh≤40 cm)中细根特征提高土壤的抗蚀性,而阔叶人工林、针阔混交林则主要是通过影响0d≤1 mm径级细根特征提高其土壤的抗蚀性。建议:将植被0d≤1 mm径级的细根特征作为科学评价黑土区植被保水固土能力的指标。     

沙棘根系固土力学特性对其平茬复壮的响应

为考察平茬措施对根系力学特性的影响，以内蒙古干旱半干旱地区水土保持先锋灌木沙棘（Hippophae rhamnoides）根系为研究对象，使用TY-8000拉力机，进行单根极限拉伸试验和根土界面拉拔摩阻试验，并分析平茬对沙棘根系固土力学特性的影响。试验结果显示，在测试根径为0~5 mm时，平茬和未平茬条件下，沙棘单根极限抗拉力、抗阻拉力均与直径呈幂函数正相关；单根极限抗拉强度、根-土界面拉拔抗剪强度均与直径呈幂函数负相关。在代表根径级0.5~1.5 mm，沙棘平茬较未平茬平均单根极限抗拉力值提高31%；平均单根极限抗拉强度提高37%；平均拉拔抗剪强度提高30%。研究结果表明，直径对沙棘根系抗拉强度和抗剪强度均有影响，且沙棘经平茬处理后，抗拉特性和抗剪特性均有所提高。     

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。      

油松根系与土壤摩擦性能研究

为探索林木根系与土壤的摩擦性能,在含水率和土壤干密度一定的条件下,采用施加拔出荷载对油松单根进行直接拔出试验,分析了根系埋深和加载速率对拔出过程和根土摩擦力的影响。实验表明,根系在拔出过程中有明显的阶段特性,在不同埋深和不同加载速率情况下,根土摩擦力和根系直径之间均呈幂函数关系,根土摩擦力和产生最大摩擦力时的滑移均随着根系埋深和加载速率的增大而增大。      

土著微生物对解磷微生物解磷效果影响的研究

从太谷县20个土壤样中分离筛选出14种解磷微生物,其中细菌11株,真菌3株。将其制成菌肥,进行室内油菜盆栽试验。试验中,油菜的生长介质设置灭菌土和未灭菌土两大处理;通过定期测定土壤中速效N,P,K的含量,分析其变化趋势。试验结果表明:土著微生物对施加解磷细菌的土壤N、P有一定的影响,对K的影响不显著,反映出土著微生物对解磷微生物的解磷效果有一定的影响。     

黄土高原沟壑区沟头植被根系垂直分布及其对土壤抗侵蚀性的影响

【目的】探明沟头植被根系垂直分布及其对土壤抗侵蚀性的影响,为沟蚀防治中植被措施优化配置提供理论依据。【方法】以不同植被覆盖(杂草(农地)、冰草、铁杆蒿、苜蓿)沟头为研究对象,通过原状土冲刷试验明确沟头土壤抗冲性特征。采用扫描分析法、ZJ型应变控制式直剪仪等分析和测定根系特征及根-土复合体力学、理化性质。【结果】(1)各植被沟头根系在土壤中分布特征差异明显,根系特征指标(根重密度、根长密度、根表面积密度、根体积密度)总体上呈现冰草地最大,其次为苜蓿地、铁杆蒿地,农地最小;垂直深度上,农地沟头土壤中根系各指标均随土层加深而减小,冰草、铁杆蒿和苜蓿地沟头土壤中根系各指标整体上则表现为先减小后增大的变化趋势。各植被根系以<0.5 mm径级根系为主。(2)各植被沟头土壤容重变异性较小,在1.17—1.37 g·cm^-3之间变化。>0.25 mm水稳性团聚体含量呈现出农地和冰草地大于铁杆蒿地和苜蓿地。(3)各植被沟头土壤黏聚力平均值苜蓿地为12.75 kPa、冰草地9.05 kPa、铁杆蒿地8.60 kPa、农地7.25 kPa;在垂直深度上,农地、冰草地和苜蓿地...     

滨海盐碱地不同林龄白蜡人工林根系分布及土壤特性变化

采用空间代替时间的方法,选取黄河三角洲滨海盐碱地典型白蜡人工林,研究了不同林龄间(5、12、18 a)根系分布特征、土壤团聚体组成及养分变化规律。结果表明:3种林龄白蜡根系生物量均随林龄的增加而增大,不同林龄间根系生物总量差异显著,根系构成均以D5 mm径级的粗根为主,约占不同径级根系生物总量的77.04%～81.24%,而D2 mm的细根生物总量最小,仅占根系生物总量的8.31%～10.21%。3种林龄人工林约80%以上的根系分布在0≤H40 cm土层,不足5%的根系分布在深层土,不同径级根系均具有明显的表聚现象;3种林龄土壤湿筛团聚组成主要以0.25 mm粒径为主,含量在70.51%～84.35%之间,0.25 mm水稳性团聚体以18 a林地含量最高,5 a林龄最低。水稳性团聚体平均质量直径(D_(MW))随着林龄的增加而增大,林龄越大土壤团聚体稳定性越强,且影响以表层土最为明显;土壤养分与根系分布规律类似,也表现出明显的表聚现象,且随林龄的增加各土层养分含量也逐步累加;根系生物量与D_(MW)及土壤特性间的显著和极显著相关表明,根系对盐碱地土壤质量的提升有明显的改善作用。     

北京山区不同林分林下植被根系分布特征及其影响因素

目的通过野外调查和室内试验分析林下植被生物量以及根系特征,为北京土石山区人工造林树种的选择和植被恢复提供科学依据。方法在北京土石山区典型代表红门川流域,以油松和侧柏林下植被为研究对象,采用样方法进行植被调查,测定林下植被生物量和根系,草本和灌木生物量采用全刈法,根系调查采用连续钻取土芯法。结果结果表明:不同树种林地根系生物量差异显著(P < 0.05),灌丛林地根系生物量最高((6.84±1.35) t/hm2),其次为侧柏((4.65±0.90) t/hm2),油松林地土壤根系生物量最低((3.33±0.93) t/hm2),且同一林地根系生物量在不同土层均基本接近;不同树种林地根长密度和根表面积密度均随径级的增大而减小,0~0.1 mm径级根系是林地根系分布最广的,其次为0.1~0.2 mm径级的根系;随林龄增大,侧柏、油松林不同径级根长密度、根表面积密度和根系生物量均呈递减趋势,且均明显低于灌丛林地;坡向显著影响林地根系生物量,半阴坡根系生物量明显大于阳坡和阴坡根系生物量(P < 0.05),林地根长密度和根表面积密度与砂粒含量显著性负相关(P < 0.05),其中径级0~0.1 mm和0.2~0.5 mm根系尤为明显,根系生物量与土壤密度间显著负相关(P < 0.05),尤其是径级0.2~0.5 mm根系。结论研究结果表明对土石山区造林树种的选取不仅要参考当地环境条件和土壤特征,还要充分考虑造林树种的生长特性。      

豫南山区典型林分地表层根系结构与土壤特性的关系1）

以豫南山区20年生的不同林分类型为研究对象,通过野外调查和室内分析,对林地地表层细根结构参数和土壤理化特性指标以及两者之间的关系进行研究。结果表明：麻栎—马尾松混交林土壤全氮质量分数、有效氮质量分数和有机质质量分数均高于麻栎林和马尾松纯林,且主要集中在林地0～10 cm土层中;各根系结构参数值均随土层深度增加而减少;根质量密度最大的林分类型为马尾松纯林,达到2．268 mg· cm－3;各林分类型林地表层的根系以直径在0．3～0．7 mm的细根为主。土壤有机质质量分数和土壤有效氮质量分数均与根质量密度、根长密度、根表面积密度和根体积密度存在显著的相关关系（ P＜0．05）;土壤密度与根系结构参数存在不显著的负相关关系（ P＞0．05）;三次曲线能很好的拟合土壤有效氮质量分数与根长密度、根表面积密度、根体积密度的关系,而对土壤有机质质量分数和根系各参数拟合效果较好的是幂函数或S形曲线。