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设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/m3）位移为380mm,生长有油菜的土壤样方2（根系密度为057kg/m3）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。      

龙须草蓄水保土机理及效益研究

本研究结果指出,龙须草具有较好的蓄水作用（包括草层截雨、土壤贮水）和保土作用（包括根系固土、防治水土流失。其中截雨作用效果大小,在草层覆盖率为９２％以上的情况下主要取决于草层厚度,草层厚度越大,截雨作用效果越大;土壤贮水作用效果大小,主要取决于草层覆盖率和根系生长量,草层覆盖率和根系生长量越大,土壤贮水作用效果越大;根系固土作用效果大小,主要取决于根系生长量,根系生长量越大、根系固土作用效果越大;     

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。     

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。     

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。     

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.     

北京西山地区人工油松栓皮栎混交林根系研究初报

对油松栓皮栎混交林,油松纯林和栓皮栎纯林三种林分的根系形态、分布和生物量分别进行了调查。研究结果表明:1.栓皮栎纯林、混交林、油松纯林的细根(<2毫米)量和粗根(2—10毫米)量分别为:2440.18公斤/公顷和3897.11公斤/公顷;1861.65公斤/公顷和3323.87公斤/公顷;1441.98公斤/公顷和1767.93公斤/公顷。2.在混交林中,栓皮栎平均单株细根量和粗根量均大于纯林栓皮栎,而油松平均单株细根量和粗根量小于纯林油松。3.在混交林中,各树种的根系分布合理,没有观察到两种林木根系间有排斥现象。     

辽南地区越橘根系分布特征

调查了7a生越橘在辽南地区棕壤条件下根系分布特征。结果表明:(1)5个越橘品种根幅为50～70cm,水平分布主要在0～50cm范围内;(2)根系生物量以高丛越橘、半高丛越橘较大,矮丛越橘较小;不同径级根系生物量占总生物量的比例以1～3mm的根系最大,其次为≤1mm的根系,≥3mm的根系所占比例较小;(3)康维尔、北村和斯卫克的根长密度较大,北陆和美登较小;不同径级根系根长密度占总根长密度的比例≤1mm根系最大,其次为1～3mm的根系,≥3mm的根系所占比例较小;(4)5个越橘品种根系生物量和根长密度垂直分布深度在30～40cm以内,主要分布在0～20cm土层中,其中康维尔和北村集中分布在0～10cm土层中,美登集中分布在10～20cm土层中,北陆和斯卫克在0～20cm土层内分布相对较为均匀。     

黄土高原陡坡土坎植被根-土复合体抗剪强度研究

以黄土高原陡坡土坎6种典型植物群落类型为研究对象，在分析植被根系密度指标的基础上，通过直剪试验，探讨不同植物群落的根-土复合体抗剪强度以及根系对提高抗剪强度的作用。结果表明:1）6种群落的根系密度指标值均具有显著性差异，白刺花-铁杆蒿群落的根重密度、根长密度和根表面积密度在所有群落类型中均为最高，分别为2 757.07 g/m³、17 886.22 m/m³和16.96 m²/m³；2）6种群落之间的根-土复合体的抗剪强度均显著高于素土抗剪强度，其中白刺花-铁杆蒿群落相对于素土的抗剪强度增加值最大，为32.98 kPa，且抗剪强度增加值随土层深度增加而降低；3）根-土复合体抗剪强度相对于素土抗剪强度的增加值与根系密度指标值呈对数函数关系，随根系含量增加而升高。     

基于树木雷达的小兴安岭典型树种粗根分布及其影响因素研究

目的  探究小兴安岭典型树种粗根分布规律及其影响因素，为小兴安岭树木良好生长提供科学依据和数据支撑。 方法  以红松、落叶松、红皮云杉、樟子松为研究对象，在凉水实验林场选取了8个样地进行试验。以样木为圆心，采用树木雷达扫描以0.5、1、1.5、2 m为半径的圆周上的根系，采用环刀法和取土样法测定土壤理化性质，并测量树高、胸径、冠幅等树木因子，分析小兴安岭树木粗根分布状况，并对粗根密度与树木因子及土壤因子指标进行相关性分析。 结果  （1）小兴安岭4个典型树种在水平方向粗根密度随着与树干距离的增加而减少；在垂直方向上，随着土壤深度的增加，红松和落叶松粗根密度逐渐减少，红皮云杉和樟子松粗根密度先增加后减少。红松、落叶松、红皮云杉、樟子松分别有82.1%、82.0%、89.6%、67.6%的粗根分布在0 ~ 40 cm土层深度。（2）树木粗根密度与树高、胸径、冠幅呈显著正相关关系（P < 0.05），与树木平均阻力值无显著相关关系（P > 0.05）。（3）树木粗根密度与土壤含水量、饱和持水量、毛管持水量呈显著正相关关系（P < 0.05），与土壤密度呈显著负相关关系（P < 0.05），与毛管持水量相关程度最高（r = 0.538，P = 0.012）。树木粗根密度与土壤有机质、全氮、全磷、水解氮含量呈显著正相关关系（P < 0.05），与全氮含量相关程度最高（r = 0.646，P = 0.002）。 结论  研究结果表明树木因子和土壤因子均对小兴安岭4个典型树种粗根分布产生不同程度影响，树木粗根分布不仅与自身特性有关，还与其生存环境有关，而与树木材质状况无关。      

阔叶红松林细根分布及周转

采用根钻法和内生长土芯法对小兴安岭阔叶红松林3种林型(云冷杉红松林、椴树红松林、蒙古栎红松林)细根(≤2 mm)的生物量、垂直分布、生产与周转进行了研究,考察了细根生物量与土壤环境的相关性。结果表明：3种林型的活细根生物量均高于死细根生物量,且随土壤深度增加而逐渐降低;0－10 cm土层,3种林型活细根生物量在幼龄林和成熟林之间差异显著;细根生物量与土壤有机碳、易氧化碳、微生物生物量碳、全氮、 C/N、含水率之间呈显著正相关,与土壤水溶性碳、 pH、容重之间呈显著负相关(P<0.05);细根年生产量在0.14－0.64 kg?m－2?a－1之间,年死亡量在0.07－1.43 kg?m－2?a－1之间,云冷杉红松林成熟林细根周转率较高(1.61 a－1),椴树红松林幼龄林细根周转率最低(0.63 a－1)。     

白刺沙包发育过程的土壤水分与根系生物量的关系

在甘肃民勤荒漠绿洲过渡带,采用时空替代法,选择不同沙包发育阶段,研究了白刺沙包发育过程的土壤水分变化特征及不同径级根系生物量特征.结果表明:白刺沙包发育过程中,随着土壤水分的增加,白刺根系的生物量增加;白刺粗根系生物量集中分布在0～50cm土层,占92%以上;中根系生物量在0～40cm土层最多,其中根系生物量占全部中根系生物量的比例在初期沙包为83.32%,中期沙包为86.75%,成熟期沙包为85.32%;细根系生物量在初期沙包和成熟期沙包0～20cm土层中分别占49.73%和52.89%,而中期沙包集中分布于20～40cm土层,占47.66%;中根系生物量和细根系生物量与土壤水分呈显著相关,粗根系生物量与土壤水分不相关.     

宽窄行栽植模式下三倍体毛白杨吸水根系的空间分布与模拟

研究三倍体毛白杨Populus tomentosa吸水根系空间分布特征是建立三倍体毛白杨根系吸水模型的基础。采用根钻法对宽窄行栽植模式下毛白杨吸水根系的空间分布特征进行了研究。结果表明：垂直方向上,宽、窄行内的吸水根系均在0 ～ 60 cm递减,但在60 ～ 80 cm又有小幅度增加;且根系主要分布区域都在0 ～ 20 cm土层内,根长密度分别达到0.080 cm·cm^-3和0.074 cm·cm^-3,约占各自系统总根量的44.14%和48.71%;相同水平方向0 ～ 100 cm范围内宽行各土层的根长密度较窄行相应土层均有大幅度增加,增加量分别为35.45%,36.76%,71.67%和72.27%。水平方向上,宽行20 ～ 200 cm内毛白杨根长密度呈指数递减分布;吸水根系主要集中分布在20～80 cm内,该区域总根长密度为0.250 cm·cm^-3,约占系统总根量的49.20%;窄行内吸水根系的水平分布不规律,各土层不同带距间根长密度差异不显著。对窄行拟合了一维根长密度分布函数,决定系数为0.288;对宽行拟合了二维根长密度分布函数,复相关系数达到0.538。研究结果将为进一步探索毛白杨速生丰产林根区的土壤水分动态以及土壤?鄄植物?鄄大气连续体（SPAC）系统中的水分传输机制提供基础资料和理论支持。图5表2参12