黄河源区高寒草地植被根-土复合体抗剪强度试验及退化程度阈值确定

为研究黄河源区高寒草地不同退化程度的植物根-土复合体抗剪强度特征,以青海河南县境内的黄河源区高寒草地作为研究区,进行了根-土复合体试样抗剪强度试验研究,系统分析了区内草地不同退化类型的根-土复合体抗剪强度特征及其不同退化程度之间的阈值。结果表明,区内草地其平面形态呈现不规则状椭圆形退化形态,且愈近于圆心部位草地退化相对愈严重,其退化程度表现出由外至内可依次划分为未退化区、轻度退化区、中度退化区、重度退化区;随着退化程度的加剧,原生植物种类及数量呈减少的趋势,次生植物则逐渐取代原生植物并构成优势植物种类,其结果使得根-土复合体的根系含量表现出逐渐减少的特征,根-土复合体抗剪强度亦逐渐减小;同时,根据4种类型退化区草地根-土复合体抗剪强度特征,分别确定出各退化区交替界限之间的根-土复合体抗剪强度阈值,即表现在未退化区与轻度退化区之间植物根-土复合体的黏聚力阈值为28.07 kPa,轻度退化区与中度退化区复合体的黏聚力阈值为20.46 kPa,中度退化区与重度退化区复合体的黏聚力阈值为9.21 kPa。该项研究成果通过由力学强度角度出发定量研究草地不同退化程度的根-土复合体强度变化规律,从而对科学有效地防治该区草地退化具有重要理论研究价值和实际指导意义。     

紫色土区草篱根系对其根-土复合体抗剪和抗冲性能的影响

为探索草篱在紫色土坡地的水土保持价值及其根系固土的力学性能特征,在重庆市北碚区"西南大学紫色丘陵区坡耕地水土流失监测基地"种植了2种草篱(紫花苜蓿和拉巴豆),定量研究了草篱根系形态、纤维含量、抗拉特性以及根-土复合体的抗剪/冲性能,明确了根系对其根-土复合体抗剪/冲性能的影响及主要影响因素.结果表明:1)紫花苜蓿和拉巴豆根-土复合体中有超过90％的根系直径小于1.0 mm,紫花苜蓿根系的纤维含量较高,拉巴豆根系的根长密度、根表面积密度、根体积密度较优;2)同一径级下根系平均极限抗拉力和抗拉强度均表现为拉巴豆(19.76 N,32.70 MPa)>紫花苜蓿(14.32 N,26.66 MPa).极限抗拉力与根系直径呈幂函数正相关,抗拉强度与根系直径呈幂函数负相关;3)2种草篱根系均能显著提高根-土复合体的粘聚力和抗冲指数(P<0.05),尤其是拉巴豆.拉巴豆根-土复合体平均粘聚力达22.88 kPa,较对照提高了71.06％,最大抗冲指数达19.00 L·g-1,是对照的2.60倍;4)主成分分析表明根系通过根长密度、半纤维素含量以及极限抗拉力来影响根-土复合体的抗剪/冲性能,拉巴豆草篱根-土复合体抗剪/冲性能的综合得分均高于紫花苜蓿草篱.综上,紫色土坡地上拉巴豆草篱根-土复合体抗剪/冲性能显著优于紫花苜蓿草篱.     

黄河源区六种草本植物根系抗拔力特征及其影响因素研究

为探讨黄河源区高寒草地植物根系抗拔力特性,本研究选取青海河南县高寒草地6种优势草本为研究对象,通过原位拉拔、单根拉伸、根-土复合体直接剪切等试验,分析6种植物根系抗拔力特性,探讨植物根径、根数、根长和土体密度、含水率、紧实度、含根量及单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力等9种因素对植物根系抗拔力的综合影响。结果表明：6种草本根系抗拔力以矮嵩草(Kobresia humilis K.)最大(46.50 N),高山嵩草(Kobresia pygmaea C. B. Clarke.)次之(37.50 N),冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)最小(16.45 N);根系抗拔力与根径、根数、根长间呈显著正相关(P<0.05),相关系数(R)为0.881,0.727,0.969,与土体密度、紧实度、含根量、根-土复合体黏聚力间呈正相关,与含水率呈负相关。研究结果对探讨黄河源区高寒草地退化力学机理具有理论指导作用,为有效防治区内草地退化、水土流失等地表浅层灾害发生提供理论依据和实际指导。     

狗牙根和三叶草的根系特征及对荒坡紫色土抗剪性能的影响

为探讨草类根系对荒坡紫色土的固土性能及其影响因素,以该环境的紫色土为研究对象,设置了空白对照、盆栽狗牙根(Cynodon dactylon)和盆栽三叶草(Trifolium repens)3个处理,8个月后分别取样用常规方法测定土壤基本理化性质、Win RHIZO(Pro.2004c)根系分析系统测定根系指标、ZJ型应变控制式直剪仪测定根-土复合体抗剪强度。结果表明,狗牙根的根系指标优于三叶草,且在根系直径(d)≤0.2 mm径级范围内更为突出;较之三叶草,狗牙根更能有效改善土壤的理化性质;两种草类均能有效提高根-土复合体的抗剪性能。较之空白对照,狗牙根的内摩擦角(φ)和粘聚力(c)分别增加了10.37%和66.36%,三叶草的分别增加了1.14%和34.22%,其中狗牙根处理的土壤抗剪性能最优;影响根-土复合体抗剪性能的关键性指标有土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和根长密度,根系直径≤0.2 mm是影响根-土复合体抗剪性能的关键性径级。     

喀斯特区3种草篱根-土复合体抗剪性能及其影响因素

为探索喀斯特区地埂草篱根-土复合体抗剪性能的差异、变化规律及影响因素，在重庆酉阳喀斯特顺层坡分上、中、下坡位分别布设二月兰、光叶苕子和沿阶草3种草篱，测定复合体抗剪强度、根区土壤基本理化性质和复合体内根系的形态指标和化学成分指标，计算复合体黏聚力和内摩擦角。结果表明：1）在抗剪强度方面，上/中坡复合体抗剪强度表现为沿阶草显著大于二月兰、光叶苕子（P<0.05），下坡三者之间则无显著差异；在不同坡位之间，仅沿阶草复合体抗剪强度存在显著差异，表现为中坡>上坡>下坡（P<0.05）；2）各坡位复合体黏聚力和中坡内摩擦角均为沿阶草、光叶苕子显著大于二月兰（P<0.05）；沿阶草复合体黏聚力、内摩擦角和光叶苕子复合体黏聚力均表现为中坡显著大于上、下坡（P<0.05），二月兰则各坡位间无显著差异；3）相关性分析表明，光叶苕子和沿阶草复合体黏聚力与其根区土壤有机质均呈极显著正相关，相关系数分别为0.91、0.83，二月兰则无显著相关关系；这3种草篱复合体黏聚力与根系形态指标呈显著或极显著正相关，相关系数最高达0.99。综上所述，沿阶草抗剪性能最好，最优坡位为中坡。二月兰、光叶苕子和沿阶草草篱主要通过影响复合体黏聚力来影响其抗剪性能。     

退化高寒草甸斑块根—土复合体特征研究

高寒草甸斑块的根-土复合体对局部水土流失过程具有调控作用,为研究其特征及抗侵蚀效应,本研究选取三江源区达日县境内典型中度退化草甸的植被斑块为研究对象,调查草甸斑块中心与边缘植物群落特征,测定斑块边缘0～10 cm土层和斑块中心0～20 cm土层的容重、含水率、毛管孔隙度等土壤物理性质,并开展单根拉伸和根-土复合体直剪试验。结果表明：受优势种矮嵩草的分布影响,地上生物量主要分布在斑块中心,根系主要分布在0～10 cm土层;斑块中心区域土壤抗剪强度、内摩擦角和粘聚力均随土层深度的增加而减小;斑块边缘区域土壤粘聚力,抗剪强度明显高于斑块中心区域,草甸斑块植物根系是土壤抗剪强度的主要影响因素。草甸斑块根-土复合体能明显增加退化草甸土壤的抗侵蚀能力,研究结果可为深入研究高寒草甸根系固土功能及水土流失调控提供科学依据。     

紫色土埂坎典型草本根系摩阻特性对土壤含水率的响应

为进一步探索紫色土埂坎草本根-土界面摩阻特性与土壤含水率的关系,以紫色土埂坎常见稗草、马唐和牛筋草3种草本根系为研究对象,设置不同土壤含水率（5%、10%、15%、20%和25%）,通过直剪和拉拔摩阻试验测定草本根-土复合体的摩阻特性指标（黏聚力、摩擦系数、最大抗拔力和抗拔强度）,分析了土壤含水率对不同草本根-土界面摩阻特性的影响。结果表明：1）当含水率为15%和20% 时,根-土界面黏聚力达到较小值,而摩擦系数、最大抗拔力和抗拔强度达到较大值。2）3种草本根-土界面拉拔摩阻特性差异显著（P<0.01）,牛筋草根-土界面平均最大抗拔力和抗拔强度分别是马唐的1.18和1.30倍,是稗草的1.14和1.10倍。3） 草本根-土界面间抗剪强度和垂直荷载的关系服从莫尔-库伦准则。当含水率为20%和25%时,根-土界面间抗拔力达到较大值。4）在相同垂直荷载和土壤含水率条件下,牛筋草根-土界面抗剪强度显著高于马唐和稗草（P<0.05）。由此可知,牛筋草根系能增强紫色土埂坎稳定性,其根系对埂坎的加固作用约在土壤含水率为15%时效果最佳。研究结果可为三峡库区紫色土埂坎固埂护坡草本植物的筛选提供参考。     

沙地植物功能群及其多样性对微地形变化的响应

以内蒙古锡林郭勒盟中国科学院生态系统定位站长期围封的沙地样地为研究对象,通过测定植物群落的生物量、盖度、密度和株高等相关指标,探讨群落的物种组成、生物多样性等对沙地微地形变化的响应情况,以阐明沙地微地形对植被的影响机理.结果表明:沙地微地形对生物量、生活型、功能群及生物多样性均有影响.其中,总生物量顺序为:阴坡 > 坡底 > 阳坡 > 坡顶;植物多样性指数坡底显著低于阴坡、阳坡和坡顶(P < 0.05),而阴坡、阳坡和坡顶三者之间无显著差异;丰富度指数和均匀度指数阴坡、阳坡和坡顶显著高于坡底,阴坡、阳坡和坡顶三者之间差异不显著;坡底以多年生杂类草占优,阴坡以灌木、半灌木及多年生禾草为主,阳坡以灌木、半灌木、多年生禾草及一、二年生植物为主,坡顶以多年生禾草和一、二年生草本植物为主.     

人工调控对禾草混播草地群落特征的影响

在三江源区的"黑土滩"退化草地上,以当地野生驯化牧草,垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb)、青海草地早熟禾(Poa pratensis L. cv. Qinghai)、青海中华羊茅(Festuca sinensis Keng cv. Qinghai)、青海冷地早熟禾(Poa crymophila Keng cv. Qinghai)、碱茅(Puccinellia distans(L.) Prarl)和西北羊茅(Festuca kryloviana Reverd.)为种源,设人工调控和对照2组处理,每组处理6个混播组合,探索不同草种组合和调控措施下人工群落的生产力与稳定性.2006-2008年试验表明:人工调控各组合群落的高度、盖度和植物量均显著高于对照,组合群落中禾草植物量第2、3年分别比相应对照组合高1倍和2倍以上,群落结构和稳定性显著高于对照;不同品种搭配下,混播组合群落的高度、盖度和植物量高于垂穗披碱草单播群落,第3年的群落植物量和禾草植物量比例均高于单播群落,随着组合草种增加,混播群落对环境条件的适应性增强,群落中禾草与杂类草的竞争力显著增强,群落稳定性提高;综合比较,初步确定以垂穗披碱草+青海草地早熟禾+青海中华羊茅+青海冷地早熟禾+碱茅+西北羊茅和垂穗披碱草+青海草地早熟禾+青海中华羊茅+青海冷地早熟禾为三江源区"黑土滩"退化草地建植混播人工草地的合理组合.同时,合理的草地管理有利于提高人工草地的生产力,延长草地利用年限.     

香根草和马唐的根系特征及对坡地紫色土抗侵蚀性的影响

为探讨紫色土区草类根系特征及对土壤抗侵蚀性的影响,本试验选取坡地香根草和马唐为研究对象,分0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土层采集根系和土壤样品,分别采用WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统、ZJ型应变控制式直剪仪和改进的原状土冲刷水槽测定根系指标、根-土复合体抗剪和抗冲性能,研究了不同土层香根草和马唐的根系特征及与土壤抗侵蚀性之间的关系。结果表明,0~30 cm土层范围内,香根草根系的总体指标和径级指标(根长密度、根表面积密度、根体积密度和根重密度)均优于马唐;较之马唐,香根草更有利于降低土壤容重,改善土壤微团聚体组成状况和提高土壤有机碳含量;上述2种草类根-土复合体的抗冲剪性能均表现为:0~10 cm土层最优,10~20 cm土层次之,20~30 cm土层最差,且各土层均表现为香根草的优于马唐的;相关分析表明,1.0相似文献   

黄土丘陵区植被恢复重建模式与演替过程研究

在黄土丘陵区,采用封育与重建相结合的方法,按不同坡位建立植被类型配置模式,即坡上部为山桃(Prunus davidiana)或柠条(Caragana korshinskii)+本氏针茅(Stipa bungeana)+芨芨草(Achanatcherum splendens);坡中部为柠条或沙棘(Hippophae rhamnoides)+本氏针茅+芨芨草;坡下部为沙棘或柠条+芨芨草。20多年的定位观测研究表明:人工灌木林、人工草地和天然草地的植物群落结构及种群类型变化差异显著;封育天然草地本氏针茅种群通过种子和根蘖繁殖已占据优势,其演替过程一般分为4个阶段,即荒山荒坡草地(1年)→杂草群聚生长(2-3年)→本氏针茅种群大量出现,杂草和有毒有害植物大幅度消减,(4-5年)→本氏针茅种群稳定阶段(6-8年)。     

3种草本植物根系对土壤抗蚀特性的响应

为探明南方红壤区常见草本植物根系与土壤抗侵蚀性能之间的关系,以湖北省两种代表性土壤(黄棕壤和红壤)内生长的3种草本植物香根草(Vetiveria zizanioides)、白三叶(Trifolium repens)和黑麦草(Lolium perenne)为研究对象,在两种土壤中分别采集3种草本植物根土复合体(共6种根土复合体处理),并设裸地对照,采用集中水流冲刷试验,测定了土壤细沟可蚀性和根系参数,系统分析了该地区常见水土保持草本植物根系抗侵蚀特征。结果表明,根系存在可有效增强土壤抗侵蚀性能,不同植物的增强效果存在差异,增强效果表现为香根草白三叶黑麦草;根长密度(RLD, root length density)是影响土壤可蚀性的最重要根系参数,RLD可较好地模拟两种土壤的根土复合体分离能力变化(R2≥0.930),而根重密度(RMD, root mass density)和根面积比(RAR, root area ratio)也有重要作用;直径小于1.0 mm根系是影响根土复合体抗侵蚀性能的重要指标,其中根径为0.5～1.0 mm的细根作用更为显著(P 0.01)。研究结果表明,香根草是南方红壤区一种重要的水土保持植物种类,可为区域内植被恢复中草本植物的选取以及根系特征与土壤抗蚀特性的关系研究提供理论依据。     

PAM和草类根系对荒坡紫色土物理性质与抗剪性能的影响

为探讨PAM(聚丙烯酰胺)和草类根系对荒坡紫色土物理性质与抗剪性能的影响,选取荒坡紫色土为研究对象,制备了单施PAM、单植草类和“草类+PAM”等试验处理,采用WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统和ZJ型应变控制式直剪仪分别测定根系指标和土壤/根-土复合体抗剪强度,结合土壤基本物理性质指标,分析了各处理中PAM、草类根系、土壤物理性质及抗剪性能间的关系。结果表明:1)上述处理均能够显著提高土壤通气持水能力,其中“草类+PAM”对土壤孔隙度和含水率的改善效果最好,其次是单植草类;2)各处理的大粒级范围(1~0.25 mm、0.25~0.05 mm)微团聚体含量增加,小粒级范围(<0.01 mm)的则减少;3)较之CK,单植草类和“草类+PAM”可使土壤内摩擦角φ平均值分别提高37.12%和36.59%,黏聚力c平均值分别提高69.47%和83.64%,且根表面积密度(RSAD)和0.7 mm相似文献   

应用灰色关联度法评价北京潮河护坡植被质量

2008年在北京市密云县潮河河坡进行灌草植物护坡组合模式的筛选,以护坡植被质量评价6种灌草种植模式,应用灰色系统理论对密云潮河护坡不同种植模式的护坡植被质量进行了分析和评判,确定最优灌草组合模式。结果表明:荆条(Vitex negundo L.var.heterophylla(Franch)Rehd.)+小冠花(Coronilla varia L.)+白三叶(Trifolium repens L.)+高羊茅(Festuca arundinacea cv Fine Lawn)混植护坡植被质量最优,可以有效地护坡;高羊茅和小冠花是优秀的护坡植物,适用于北京地区固土护坡。     

高寒地区暖季草场放牧牦牛的生产性能及其土壤养分变化

旨在通过不同放牧强度下高寒小嵩草(Alpine Kobresia parva(Nees)Wang et Tang ex Y.C.Yang)草甸和垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)/星星草(Puccinellia tenuiflora(Griseb.)Scribn.et Merr.)高寒混播草地暖季草场植物初级生产力、土壤养分含量以及牦牛生产性能的研究,为草地合理利用提供有益的依据。结果表明:牦牛个体增重与放牧强度均呈线性关系;高寒小嵩草草甸暖季草场最适放牧强度为1.26头/hm²,垂穗披碱草/星星草混播高寒混播草地暖季草场的最适放牧强度是7.23头/hm²;放牧强度对高寒混播草地速效氮和速效磷的影响不显著,对速效钾的影响显著(P<0.05);随着放牧强度的提高,高寒小嵩草草甸土壤有机质、有机碳、全氮、全磷的含量呈减小趋势;当放牧强度分别达到1.07头/hm²,1.08头/hm²和1.22头/hm²时,0~5 cm,5~10 cm,10~20cm土壤速效氮含量依此达到最小;随着放牧强度的提高,高寒小嵩草草甸禾草和莎草的比例下降,可食杂草和毒杂草比例增加,而高寒混播草地垂穗披碱草的比例降低,星星草和杂类草的比例增加。     

基于烟花算法的BP神经网络预测含根土抗剪强度

为了解决BP神经网络在对含根土抗剪强度的预测中存在的预测精度低，计算收敛速度较慢，容易陷入局部极值等问题，本研究通过直剪试验、团聚试验、根系分形分析试验等探究了不同因素对含根土抗剪强度的影响，并对各因素进行相关性分析，从中选取了大团聚体含量（R0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、土壤分形维数（Dd）、根表面积、平均直径6个影响含根土抗剪强度的因素作为模型输入层节点，含根土的抗剪强度作为输出层节点。参考FangfaGorman理论公式、Kolmogorov理论公式以及一种经验公式分别计算，并对结果进行讨论，确定了本研究中神经网络的最佳隐含层节点数量为13。建立6∶13∶1的BP神经网络模型，并引入了烟花算法（FWA）对BP神经网络进行优化。结果显示，BP神经网络、粒子群算法（PSO）优化的BP神经网络、FWA-BP神经网络的预测值与期望值的最大相对误差分别为11.12%、9.06%、7.44%，平均相对误差分别为4.60%、3.24%、1.96%，相较于BP神经网络和PSO-BP神经网络，FWA-BP神经网络预测误差值有明显降低；对比引入的统计参数，均方根误差（R...     

高寒退化禾本科混播草地地下芽库特征与群落持续性初探

为探明多年生不同混播组合草地退化后的群落稳定性和可持续性,本研究以祁连山金强河地区22年前建植的6种混播草地为研究对象,对草地群落结构及地下芽库构成进行调查分析。结果表明：4组分混播草地能够较好的保留建植种的地下芽,且以建植种分蘖芽为主,而3组分混播草地地下芽主要由侵入种的分蘖芽、根茎芽、根颈芽和根蘖芽构成,建植种芽密度占比较低;分蘖芽密度与建植种植物盖度、密度和地上生物量正相关,根茎芽、根颈芽、根蘖芽密度与侵入种植物盖度、密度和地上生物量正相关。其中,混播组合“冷地早熟禾(Poa crymophila)+多叶老芒麦(Elymus sibiricus)+无芒雀麦(Bromus inermis)+扁穗冰草(Agropgyron cristatum)”草地地下芽结构最优,可适当延长混播草地使用年限,是适宜青藏高原高寒地区的混播草种组合。     

九寨沟马脑壳金矿山优势草本植物生物量的垂直分布格局

于2008年通过对矿山开采区、排渣区(包括排土区)同生境原生草地植被调查的基础上,选择糙野青茅(Deyeuxila scabrescens (Griseb.) Munro)、羊茅(Festuca ovina L.)、四川嵩草(Kobresia setchwanensis Hand.-Mazz.)、白顶早熟禾(Poa acroleuca Steud.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)等5种优势乡土草本植物,研究其生物量垂直空间分布格局,为矿山生态恢复效果、多样性评价及物种筛选等提供基础数据。结果表明:在调查区内,D.scabrescens和F.ovina分布的范围广、盖度高(分别为18.86%和15.29%)、其生物量(分别为2003.74 kg·hm^-2,1507.42 kg·hm^-2)也高。5种草本生物量大小排序为D.scabrescens>F.ovina>K.setchwanensis>P.acroleuca>E.nutans,其地上生物量与地下生物量均呈极显著正相关(P<0.01)。总体上看,草本总生物量随海拔的升高呈现出先增大后减小的趋势,5种优势草本生物量与海拔显著相关(P<0.01),但各优势种生物量大小随海拔变化关系不尽一致;草本生物量随坡度变化较大,坡脊生物量较坡谷低;草本盖度随季节有一定的变化。因此,矿山生态恢复过程中恢复物种的搭配应考虑物种生长季节的变化,增加物种多样性以及系统稳定性;同时应注意有效利用矿山资源。     

植被根系固土力学效应研究进展概述

本文在综合国内外学者关于植被根系力学效应研究成果的基础上,分别从植物根系抗拉强度、抗剪强度、根系锚固作用以及根系对边坡稳定性的影响等方面介绍了根系固土效应的研究进展,并提出了根系固土研究中存在的问题及今后的研究趋势。     

草本植物根系对边坡浅层稳定性影响研究

为研究草本植物根系对边坡浅层稳定性的影响,在假设滑坡体为长方体的条件下,通过对植物根系加固边坡的力学原理进行分析,推导了植物根系对边坡浅层稳定性的安全系数公式,并计算分析了坡度、滑坡体尺寸以及根土面积比对边坡稳定性的影响。结果表明:随着边坡坡度及滑坡体尺寸的增加,边坡的稳定系数将减小。并且,植物护坡的坡体安全系数要大于无防护坡体的安全系数。随着根-土面积比的增大,坡体的稳定系数逐渐增加,说明植物根系能增加边坡的稳定性。