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。      

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。      

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。     

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。      

树种功能模块根系对土壤养分斑块的响应策略

以亚热带森林共存的8个树种为研究对象,设置养分不添加与添加处理,测定不同树种功能模块根系(吸收细根和运输细根)的属性及生长。结果表明,无养分添加下,相比较吸收细根的直径(0. 36 mm)和单根长度(4. 28 cm),运输细根有更大的直径(0. 64 mm)和单根长度(17. 94 cm),而同一功能根系的属性不受养分处理的影响;植物主要通过增加吸收细根的长度和运输细根的质量来响应土壤养分环境的变化。不同树种的细根生长存在树种特异性,例如,最近进化的树种根直径较细,在根长度的增长上更有优势;而早期进化的树种根直径较粗,在运输细根质量的增长上更有优势。     

林木根系固土作用数值分析

林木根系的固土作用是通过影响土体的应力、应变(位移)状态来实现的.该文将根土复合体看作是由土体、根系以及土体与根系之间的接触单元所联系起来的有机体,采用Duncan-ChangE-μ模型和非线性界面单元模型对根系固坡问题进行了应力应变分析,以油松为对象,模拟了油松根系与黄土相互作用的应力场,探索了有限元数值分析方法在根系固土机理研究领域的应用.研究结果表明,根系能使坡面表层的应力传递到土层深层,并弱化一定深度土层土体的应力,尤其是根底边缘附近的浅层土体应力减小的幅度较大,表明根系固土的影响范围局限于土体浅层.采用有限元法计算坡面在无林与有林两种条件下的边坡安全系数分别为1·821和1·984,有油松根系存在的边坡其安全系数比天然边坡计算的安全系数提高了10%,说明根系具有一定的固土作用.     

油松、华北落叶松根系抗拉特性的影响因素

植物根系的抗拉特性是影响边坡稳定性最重要的因素。为探究根系的基本力学特性及影响因素,选取不同直径、保存时间的油松、华北落叶松根系在不同标距、拉伸速率下进行室内拉伸试验,并运用方差分析、协方差分析、多元回归分析等数学统计方法对其进行定量、定性分析。结果表明:油松、华北落叶松根系抗拉力与直径呈幂函数正相关关系,而抗拉强度与直径无明显关系;标距、拉伸速率均对根系抗拉力、抗拉强度有显著影响,并且与根系抗拉力、抗拉强度均呈负相关关系,不同标距下2个树种根系的抗拉力、抗拉强度均表现为50 mm100 mm150 mm200 mm,不同拉伸速率下2个树种根系的抗拉力、抗拉强度均表现为10 mm/min100 mm/min200 mm/min;在不同试验条件下,油松根系的力学性能均优于华北落叶松根系;各个影响因素对根系抗拉力、抗拉强度的回归模型表明,根系直径是影响根系抗拉力的最主要因素,而且标距对抗拉力、抗拉强度的影响大于拉伸速率,根系保存时间对抗拉力、抗拉强度没有显著影响。      

磨盘山4种典型护坡植物根系特征及其对土壤含水率的影响

采用野外定位实测和室内分析相结合的方法,基于结构方程模型研究了西南典型红壤土石山区4种公路边坡护坡植物根系特征及其对同空间内土壤水分的影响.结果表明:灌木植物根系属V type垂直构型,草本植物为散生须根属M type团网构型,4种植物根系呈浅层化分布,代表根径均为细根,草本植物根系长度、干质量、表面积均大于灌木植物,且分布趋势均随土层加深而减少;根系分布与同空间内土壤水分显著正相关(P<0.01),根系表面积和根系干重等特性对土壤含水率呈极显著的正相关影响,结构方程路径总系数达0.99,根系结构由粗根含量决定,且对土壤含水率存在系数-0.39的显著负相关,对根系特性和根系延伸范围存在总系数-1.50和-1.54的极显著负影响.草本植物对较浅或贫瘠的土壤边坡的适应性更好,其保持土壤水分的作用更好,而土层较深边坡建议选择灌草搭配的方式来达到保水固土的目的.     

植物与根际微生物相互作用关系研究进展

根际作为连接植物根系与土壤的活跃界面,微生物种类众多,是直接接触根系并影响其生理活动的区域。为了更好地了解并应用根际微生物,结合近年来国内外植物与根际微生物关系的研究现状,综述了植物与根际微生物的相互作用关系,即植物种类和根系分泌物对根际微生物的影响,根际有益微生物和有害微生物对植物生长的影响,探讨了种植与耕作方式及施肥管理等农业技术措施对植物根系与根际微生物系统的影响,展望了今后的研究方向。     

玉米根系与环境条件的关系

据玉米根系的生长及分布特性,在一定的土壤水分范围内,根系生长与土壤水分状况之间有正相关关系;氮、磷、钾肥和微肥不同时期施用对玉米根系形态和分布有影响;在紧实土壤中根系伸长速度减慢、根变短变粗,而在轻质型土壤中根系变得细长;随玉米品种更替,根系体积、吸收面积和活跃吸收面积显著增加,且与产量呈正相关;温度和植物生长调节剂等都能对根系生长发育和生理活性产生一定影响。     

中亚热带常绿阔叶林中主要灌木根系力学特性

为研究中亚热带常绿阔叶林中优势灌木植物根系的固土护坡力学机制,在浙江南部的山体滑坡、泥石流易发区内选择3种主要的灌木(檵木、麂角杜鹃和香港黄檀)进行野外和室内力学试验。结果表明,须根相对丰富的植物能明显提高表层土壤的抗剪强度;根系抗拉力和抗剪力均与根径呈幂函数正相关关系;檵木和麂角杜鹃根系抗拉强度与根径呈幂函数负相关关系,而香港黄檀则无明显相关性;细根比粗根更有利于土壤加固和抗剪强度的提高。     

油松根系力学性质有限元算法

[目的]研究油松根系力学性质。[方法]本文用线性强化塑性模型对油松单根的本构关系进行模拟,通过塑性力学折线理论的有限元算法自编计算程序,分别对油松根系的双曲线模型和线性强化模型的应变进行计算,并与实测应力应变曲线的相应值进行对比分析。[结果]证明了线性强化模型不仅简单易行,且计算值与实测值的误差小,比双曲线模型的误差率小1到2个数量级。[结论]塑性力学折线理论的有限元算法简单易操作,可自编有限元计算程序,无论是双曲线模型还是线性强化塑性模型,都可以用塑性力学折线理论进行求解,比经典的增量塑性力学有限元算法有很大优势。     

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。     

土壤不同介质界面对苹果根系构型和土壤特性的影响

【目的】探讨玻璃、杨木、砖面3种界面影响苹果根系构型和深层土壤理化性质的规律。【方法】以两年生苹果幼树（红富士/平邑甜茶）为试材,采用盆栽方式,研究玻璃、杨木和砖3种介质界面对苹果根系及土壤理化性质的影响。【结果】在根系长度、表面积和体积上,砖面最大,木面次之,根重和平均直径上木面最大,砖面次之,所有指标玻璃面均表现最差;不同界面表现出不同的根系集中分布层,砖面和木面的根系集中分布层在第二层（10-20 cm）,玻璃面在第四层（30-40 cm）;根系活力的高低与根系呼吸没有表现出正相关关系,是受到生长根和吸收根的比例影响;砖面界面对于不同层面土壤的温度具有稳定性,玻璃界面有利于水分的下渗,木面界面对盐分有较强的吸附作用。【结论】木面和砖面具有明显改善苹果根系构型和土壤理化性质的作用,但改善方式略有差异,砖面主要促进根系加长和数目的增多,木面则有明显促进根系次生结构发育的作用,同时界面调节改变了苹果根系集中分布层的位置。     

2种扦插护岸植物根系对土壤结构的改良效应

以坡面5年生金丝柳和毛白杨为研究对象,采用土柱法测定2种扦插植物的根系分布特征,并应用Le Bissonnais法中快速湿润处理测定2种扦插植物不同土层土壤水稳性团聚体稳定性和可蚀性特征,测定指标包括:>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量(R_0.25)、土壤团聚体平均质量直径(MWD)和土壤可蚀性因子K值。分析坡面2种扦插植物根系分布特征及其对土壤团聚体的影响,结果表明:1)扦插植物根系集中分布在树干周围0~40 cm土层内,以>5 mm的粗根为主;2)在0~100 cm土层,根系含量、土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力均随土层深度的增大而减小;3)金丝柳根系在提高土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力方面强于毛白杨;4)扦插植物R_0.25与＜1 mm根系含量均呈现显著正相关关系,说明根系改善土壤团粒结构的性能主要取决于＜1 mm根系含量。      

天坛公园油松、侧柏大树根系分布特征

【目的】树木的根系分布是影响灌溉效果的重要因素,为了实现园林树木的科学灌溉,对两种常见园林树木的根系分布特征开展研究。【方法】采用根钻法对天坛公园60年生油松、侧柏大树根系进行定点逐层取样,利用Win-RHIZO Pro根系分析系统分析各径级根系(直径1mm、1~2mm、2~5mm)的根长、根表面积、根重和根体积等指标,研究油松、侧柏根系空间分布特征。【结果】结果表明,油松和侧柏各径级根系的总根长和总根表面积均以直径1mm根系最多,直径2mm的吸收根为总根量的主体。在垂直分布上,两树种均在0~60cm深度范围内有大量吸收根存在,其中,10~40cm土层是油松根系集中分布区,0~40cm土层是侧柏根系集中分布区。油松吸收根根长密度和根重密度随土层深度增加表现出先增加后减小的趋势,峰值出现在20~30cm土层处;侧柏吸收根根长密度和根重密度随土层深度增加表现出逐渐下降的趋势,峰值出现在0~10cm土层处。【结论】公园绿地中油松、侧柏的根系分布在垂直方向上与野外林地根系分布更为接近,而与同为城市绿化树的行道树根系分布差异较大;而水平方向上分布较均匀,这可能是由于公园休闲场所的密植特征造成的。     

硼肥调控对甜荞根系形态及产量的影响

为了明确叶面硼肥对甜荞根系形态、地上部生长及产量的影响,以高产甜荞品种丰甜1号为试验材料,研究不同硼肥处理对其根际土壤营养、根系形态、地上部株型和产量的影响,同时对丰甜1号地上部、地下部及产量间的相关性进行了分析。结果表明:硼肥的施用能明显增加丰甜1号根际土壤速效磷、速效钾、根系长度、根系表面积和根系体积,明显降低根际土壤有机质的含量和主茎节数、主茎分枝数,对根际土壤pH和根系平均直径影响不大。当硼肥用量为24 mg/L时,甜荞的产量最高,比对照高42.18%。相关性分析表明:根系长度与根系表面积呈显著正相关,根系表面积与体积呈显著正相关;根系体积与主茎分枝数呈极显著负相关,与主茎节数和产量呈显著负相关;根系平均直径与主茎节数呈显著负相关;株高与主茎分枝数呈极显著正相关;主茎分枝数与主茎节数呈显著正相关。     

Establishing an integrated mechanical model of root tensile strength—taking four common arbor species in North China for example

抗拉强度是建立边坡稳定模型时最常使用的植被根系特性之一。为建立根系抗拉强度的力学综合模型,对华北地区4种常见乔木油松、白桦、落叶松和蒙古栎的单根依照不同标距、不同拉伸速率进行了拉力试验。试验数据的分析结果表明：所有根系抗拉强度的观测值均通过正态检验;从数学角度出发,应用聚类分析方法,区分出4种乔木的极细根和细根;标距、树种对抗拉强度影响显著,拉伸速率对抗拉强度影响不显著。在理论推导和数据分析的基础上建立了乔木单根抗拉强度的力学综合模型,并对模型参数进行求解。该研究探明了单根抗拉强度的作用机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考价值。     

根系CEC、ATP酶活性和根际微生物对籽粒苋富钾能力的影响

研究了根系CEC、根系和根际土ATP酶活性、根际微生物对籽粒苋富钾能力的影响。结果表明:①籽粒苋植株的高富钾能力不仅与其根系阳离子交换量(CEC)较大有一定关系,而且也与籽粒苋根际土和根系的ATP酶活性高相关;②籽粒苋植株富钾与其根际微生物类群数量没有直接相关关系。除籽粒苋苗期根际土壤好气性细菌总数低于非根际土外,3种作物根际土壤的微生物类群数量均高于非根际土。     

水培与土培红掌根系结构比较

[目的]研究水培条件下红掌根系结构的变化。[方法]以红掌为材料,制作徒手切片,用水培与土培2种培养方式比较不同培养环境对红掌根系结构的影响。[结果]红掌土培根的表皮细胞近外侧有角质层,水培根没有。水培根的薄壁细胞比土培根排列更为疏松,细胞间隙增大。经过番红染色后,植物根的木质化细胞壁呈红色。红掌的土培根比水培根的红色区域要多,维管柱直径相对大。土培和水培的根伸长区细胞没有明显区别,但土培根伸长区很短,成熟区根毛长短大小不一。水培根的根毛排列整齐。[结论]水培环境中根系内部结构发生了不同程度的变化,但并不影响植物体的生长。