三种灌木根系易损荷载类型及易损部位研究

以半干旱矿区的小叶锦鸡儿、北沙柳和沙棘为研究对象,利用TY8000伺服式强力机测定3种灌木1～5mm径级直根段和含侧根分支处根段的抗拉力及抗拉剪组合力,研究3种灌木根系的易损荷载类型和易损部位。结果表明:小叶锦鸡儿、北沙柳直根段的平均抗拉剪组合强度均大于平均抗拉强度(46.39>39.96MPa、23.55>17.86MPa),含侧根分支处根段亦然(34.70>29.86MPa、14.16>11.43MPa);而沙棘反之,直根段和含侧根分支处根段的平均抗拉剪组合强度均小于平均抗拉强度(9.83<12.43MPa、8.18<8.90MPa),即小叶锦鸡儿、北沙柳直根段和含侧根分支处根段的易损荷载为轴向拉力,沙棘根系易损荷载为拉剪组合力。3种灌木含侧根分支处根段抵抗外力的能力低于相邻上、下级直根,即3种灌木根系易损部位均为侧根分支处。     

3种植物单根对土体残余抗剪强度影响的研究

课题组采用四联电动直剪仪对3种沙生植物重塑的根-土复合体及素土进行了直接剪切试验,研究其单根对提高土体残余抗剪强度的影响以及不同孔隙水承压条件下根-土复合体的残余抗剪强度变化.结果表明:浅层土压力下3种植物根-土复合体残余抗剪强度均大于素土,且柠条根系固土效果优于沙棘和白沙蒿;不同含水量梯度下,复合体存在最优含水量,该含水量条件下,根-土复合体强度达到最大值;模拟降雨条件下复合体各残余强度指标均大于非降雨条件下的指标,表现为模拟降雨条件下,3种植物复合体残余粘聚力增长率排序为柠条＞白沙蒿＞沙棘,模拟非降雨条件下排序为柠条＞沙棘＞白沙蒿.上述研究定量分析了3种植物根-土复合材料的力学特性,为水土保持树种的选择提供了理论依据,具有一定的应用价值.     

黄土高原水蚀风蚀交错带降水及灌木林冠截留特性研究

黄土高原土壤侵蚀最强烈地区出现于年降水量为400mm左右的水蚀风蚀交错带,沙柳、柠条等灌木是该地区主要的造林树种,在防风固沙、水土保持等方面起着重要的作用。本研究采用在林内外随机放置自制雨量筒测量林内降雨量和林外降雨量的方法研究了雨季灌木林降水及林冠截留特性,得出如下结论:(1)沙柳、柠条林内降水与林外降水呈线性正相关,相关系数分别为0.9985、0.9996;(2)沙柳、柠条林冠截留量与林外降水量呈幂函数关系,相关系数分别为0.8843、0.9187。总体而言,林冠截留率随着林外降水量的增加而减小,相关关系不明显;(3)7、8月份沙柳、柠条林冠截留率小于9月份林冠截留率,且沙柳林冠截留率小于柠条,9月份沙柳林冠截留率大于柠条。     

沙柳直根抗拉特性对循环荷载的响应

为揭示风力侵蚀区植物长期遭受大风使其根系反复受力后的固土性能,以神东矿区广泛分布的水土保持植物种沙柳（Salix psammophila）为研究对象,采用TY8000伺服式强力机对1～5 mm径级沙柳直根进行轴向循环荷载试验,探究直根抗拉特性对模拟大风拉拔产生的反复加载-卸载作用的响应。结果表明：（1）承受循环荷载后直根极限抗拉力与根径呈幂函数正相关,抗拉强度与根径呈幂函数负相关,与单次荷载下直根抗拉力、抗拉强度-根径关系相似。（2）承受循环荷载后各径级直根抗拉力、抗拉强度较单次荷载均有所增强且差异显著（P<0.05）,1～2mm、2.5～3.5 mm、4～5 mm直根抗拉力、抗拉强度分别增长了60%、60%,48%、50%,31%、32%。（3）直根力-位移曲线在循环过程中表现出明显的周期循环特征,随循环次数增加,滞回环间距逐渐闭合,由加载段-卸载段曲线组成的滞回环面积随之减小,抵抗塑性变形能力越来越差,最后趋之稳定。直根累计伸长率随循环次数的增加而增长,分为快速增长阶段和缓慢增长阶段。（4）承受单次荷载和循环荷载后,直根弹性应力、极限应力、弹性模量与根径呈负相关,累计弹性应变...     

紫穗槐直根力学性质研究

为探究承受轴向荷载和径向荷载时植物根系材料力学特性的差异性,针对水土流失地区常见植物种紫穗槐1～5 mm径级范围内直根,采用TY8000伺服控制试验机,研究在2种荷载下根系强度特征、本构特征及弹性变形性质。结果表明:(1)在轴向荷载、径向荷载下,直根极限力与根径幂函数正相关,极限强度与根径幂函数负相关;(2)直根本构曲线在轴向荷载及径向荷载下均表现为由弹性变形过渡到塑性变形,且直根极限应力、弹性应力均无差异性;但轴向荷载下的极限应变(15.04%)及弹性应变(2.71%)显著小于径向荷载(20.39%、4.19%);(3)直根的拉伸弹性模量及弯曲弹性模量均与根径幂函数负相关,抗拉刚度及抗弯刚度与根径幂函数正相关,轴向荷载下各径级平均弹性应力占极限应力的百分比(50.45%)显著大于径向荷载(34.08%)。总体而言,紫穗槐根系在轴向荷载下表现出更优良的弹性性能,紫穗槐更适宜栽种于主荷载类型为轴向荷载的风力、水力侵蚀区域。     

折力损伤自修复对干旱矿区小叶锦鸡儿根系固土的影响

为明确干旱矿区侵蚀发生后折力损伤对植物根系力学特性的影响及其受损后的自修复机制,利用HG100数显式推拉力计和自制便携式试验机台,对小叶锦鸡儿1～4 mm径级直根和侧根分支处未受损及受损自修复后的抗折力学特性进行研究。结果表明:(1)生长季初期,未受损小叶锦鸡儿根系极限抗折力与根径呈幂函数正相关,抗折强度与根径幂函数负相关,直根极限抗折力和抗折强度均大于侧根分支处;(2)折力损伤会明显抑制根系正常生长,小叶锦鸡儿根系受损自修复后,活性、生长量和保存率均低于平行对照,根径和根型均是影响这种抑制作用的重要因素,侧根分支处活性和保存率在受损后的减少程度显著大于直根;(3)小叶锦鸡儿根系受损自修复后,极限抗折力与抗折强度相比,生长季初期有所增加,但外力损伤会显著阻碍这种增长,导致其增长率显著低于平行对照,3个月后极限抗折力修复率为48. 91%,抗折强度修复率为57. 59%,说明根系受损后不会彻底丧失固土能力,通过自修复可以逐步恢复原有功能,但短期内自修复程度有限。直根极限抗折力修复率为60. 55%,侧根分支处仅为36. 34%,说明在同等外力荷载条件下,小叶锦鸡儿直根受损自修复能力显著大于侧根分支处,具备更强的再次抵御外力破坏的能力。     

陕北沙化区3种主要植物根际土壤细菌多样性与土壤理化性质相关性分析

柠条、沙柳和沙蒿是我国陕北生态脆弱区主要固沙植物,为研究其环境适应机制,用高通量测序技术研究了榆林沙化区3种主要固沙植物根际土壤细菌多样性及其与土壤理化性质相关性。发现非根际土壤细菌由22门组成,含量超过1%优势菌门主要为放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和浮霉菌门(Planctomycetes),占细菌总数96. 07%。柠条、沙柳和沙蒿根际土壤细菌群落分别由25、23和24门组成,含量超过1%优势菌门分别占细菌类群的94. 40%、95. 42%、95. 80%。其中,Thermotogae、Atribacteria、Lentisphaerae为柠条根际土壤所特有菌门;Caldiserica为沙蒿根际土壤特有菌门;BRC1类群为三种植物根际土壤共有菌门,在非根际土壤中未发现。非根际土壤、柠条、沙柳、沙蒿根际土壤细菌属分别为455、499、461和465。各优势菌门和属所占比例在不同植物根际土壤及其非根际土壤中存在明显差别。土壤细菌群落和主要理化性质存在显著相关性,其中全氮、速效氮、全磷和速效钾是影响土壤细菌丰富度主要因素。     

沙地樟子松人工林叶凋落物的分解与养分释放

凋落物的分解和养分释放是森林生态系统养分循环的关键过程，但樟子松人工固沙林叶凋落物的分解和养分释放机理仍不清楚。文中以辽宁省章古台地区的樟子松叶凋落物为研究对象，选择标准地收集叶凋落物，采用原位分解法研究樟子松叶凋落物的分解和养分释放。结果表明：樟子松叶凋落物的年失重率为27.48%,分解常数为0.209,凋落物分解50%的时间为3.32年，分解95%的时间为14.33年。在一年分解过程中，凋落物碳(C)、纤维素和木质素含量减少，氮(N)、磷(P)含量增加；分解前60d,失重率主要受纤维素、木质素含量调控，随后主要受C含量、C/N和C/P调控。经过360d的分解，养分释放率表现为C>纤维素>木质素，N、P表现为净累积。分解过程中C释放主要受失重率、剩余凋落物P含量、纤维素和木质素含量的调控；N累积主要受剩余凋落物C含量、初期基质N含量和P素累积的调控；P累积主要受初期基质N、P含量的调控。建议在沙地樟子松人工林抚育管理时，适当添加N、P肥，促进沙地樟子松生态系统的养分循环。     

基于田口方法的砂土抗剪强度特征分析

为了探究石英砂粒径、细粒土含量、干密度等因素对砂土抗剪强度特征的影响,根据室内直剪试验选择砂土的粒径、细粒土含量以及干密度3个因素为变量探究其影响规律.结果 表明,田口方法和多因素方差分析方法均表现出石英砂粒径对其抗剪强度影响最大,其次是细粒土含量和干密度.在控制细粒土含量以及干密度不变,仅改变石英砂粒径的条件下,分别...     

吴起县退耕还林后主要植被类型土壤质量评价

为明确吴起县退耕还林后形成的主要植被类型土壤质量状况,文中以吴起县王洼子典型退耕植被作为研究对象,对比分析不同植被类型土壤理化性质差异,并综合主成分分析法、敏感性以及相关性分析法,建立了研究区土壤质量评价指标最小数据集。结果表明:1)不同植被类型间土壤物理、化学性质差异显著(P<0.05);山桃×沙棘混交林在土壤孔隙度、持水性以及有机碳含量方面表现较优;刺槐林在土壤pH和电导率方面表现较优;沙棘林、柠条林在富集氮、磷、钾元素方面优势明显;草地土壤指标整体表现较差。2)适用于研究区不同植被类型土壤质量评价的最小数据集指标为土壤有机碳含量、毛管持水量、电导率和有效磷。3)不同植被类型均在不同程度上有效提高土壤质量,但研究区土壤质量指数整体仍较低,其中山桃×沙棘混交林对土壤质量提升效果最好,其次为灌木林(柠条、沙棘),乔木林(刺槐、杜梨、山桃)和草地。因此,研究区在今后进行低效林改造、林分结构调整与植被恢复重建等林业生态工程时,优先选择以沙棘、柠条为主的灌木林或者小乔木与灌木相结合的混交林(山桃×沙棘混交林)。