陕北地区植物固坡防控对策研究

陕北地区生态环境脆弱,受水土流失影响较大,固坡可以有效地减少土壤侵蚀。本文概述了植物固坡的理论研究,选择了适应于陕北地区的几种固坡植物,并对坡面条件和种植因素提出了一些建议。     

不同坡位下柠条根系分布特征及其与土壤含水量的关系研究

【目的】探究生态脆弱区不同坡位样地柠条（Caragana korshinskii）根系分布特征及其与土壤含水率的关系,为生态脆弱区人工植被建设与管理提供参考。【方法】以内蒙古自治区西部包头市达茂旗作为研究区,于2021年8月在研究区内选择生长在同一坡面（坡度约为6°,坡面为西北坡）的柠条（林龄为17年）林地作为试验地,分别在坡面的上、中、下选取样地,分析3个坡位样地中柠条不同径级（细根（0~2 mm）、小根（>2~5 mm）、中根（>5~20 mm）、大根（>20~50 mm）根系形态特征（长度、体积和表面积）和土壤含水率在水平、垂直方向的分布特征,且对不同坡位样地中柠条根系形态指标与土壤含水率的相关性进行了分析。【结果】在各样地中,柠条根系形态指标和土壤含水率均表现为坡下＞坡中＞坡上。柠条细根、小根、中根、大根的根长、体积和表面积均表现为随着与柠条标准丛根基处水平距离和土层深度的增加而总体减少。在水平方向上,土壤含水率随着与距柠条标准丛根基处水平距离的增加而逐渐减少;在垂直方向上,土壤含水率随着土层深度的增加而减少。柠条根系的总长度、总体积和总表面积与土壤含水率均呈极显著正相关。【结论】不同坡位下柠条根系特征和土壤含水率均存在明显差异,柠条根系部分形态指标在一定程度上能够反映土壤含水率的大小。     

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.     

黄土高原土质边坡林木根系表观黏聚力空间异质性研究

To investigate the spatial variability of root additional cohesion on loess slope, this paper takesmonospecific stands of Robinia pseudoacacia and Platycladus orientalis grown on slopes in the semiaridLoess Plateau of northern China as case study. Root distribution could be described by root area ratio(RAR). Root tensile strength was determined with laboratory mechanical tests. Finally, spatialvariability of root additional cohesion was analyzed. The results showed that biomechanical characteristicsof R. pseudoacacia roots were significantly different from P. orientalis roots. RAR and root additionalcohesion were significantly different among species, slope locations and depth. The analyses of R.pseudoacacia and P. orientalis root spatial heterogeneity indicated that root reinforcement was not evenlydistributed along slope in the Loess Plateau, which could provide a basic theory of afforestation mode inspatial distribution and hence control soil erosion and shallow landslide.      

草本植物根系对边坡浅层土体抗剪强度的影响规律研究

[目的]研究草本植物根系对边坡浅层土体抗剪强度的影响规律。[方法]以阜新海州露天煤矿为工程依托,采用理论分析方法,建立了草本植物根系与土相互作用的力学模型,深化了草本植物根系固土改性的力学认识;采用直剪试验,选用马唐草与狗尾草为研究对象,研究了不同含根率与不同含水率共同作用下根-土复合体的抗剪强度及其相关参数的变化规律。[结果]根-土复合体的最佳抗剪强度与最优含根率相对应;2种草本植物根-土复合体抗剪强度随正压力的增加而增大,随含水率的增加而降低,在未达到含根率之前,随含根率增加而增大;根-土复合体黏聚力与抗剪强度变化规律相似,根系提高土体的抗剪强度主要体现在土体黏聚力的增加。[结论]该研究可为浅层边坡的固土稳定提供参考。     

天水市4种典型树种根系的力学特性

【目的】选择天水基岩山区油松、华山松、日本落叶松和锐齿槲栎4种典型树种为研究对象,研究其根系对浅表层滑坡固土效果,为灾后滑坡区造林树种选择、生态修复、森林重建以及生物护坡工程提供参考。【方法】用剖面法调查典型树种根系,并用万能试验机对根系进行抗拉力测定,根据树种根系截面积比（RAR）的分布和单根抗拉强度的测试结果,结合Wu模型计算树种的根系附加黏聚力。【结果】4种典型树种根系分布深度表现为：锐齿槲栎（0～110 cm）>油松（0～70 cm）>华山松（0～60 cm）>日本落叶松（0～40 cm）,根系截面积比（RAR）总体趋势上表现为：锐齿槲栎>油松>华山松>日本落叶松;根系平均极限应变和应变范围表现为：油松>华山松>日本落叶松>锐齿栎,弹性模量和弹性模量变化范围表现为：锐齿槲栎>华山松>油松>日本落叶松;根系最大抗拉力与直径存在幂函数的正相关关系,在0～10 mm根径范围内最大抗拉力均以锐齿槲栎根系最大;根系最大抗拉强度与直径存在幂函数的负相关关系,在0～5 mm根径范围内根系最大抗拉强度以锐齿槲栎根系最大;在...     

黄土高原植物根系增强土体抗剪强度的模型与试验研究

为研究黄土高原植物根系固土力学机制,通过Wu & Waldron(WWM)模型和Fiber Bundle(FBM)模型, 确定了黄土高原地区主要造林树种油松、刺槐、荆条和丁香4种植物根系对土体抗剪强度的增强作用,并用原位直剪试验对其进行了验证。应用ABAQUS有限元软件构建造林边坡稳定性分析模型,通过数值模拟的方法从边坡尺度上量化4种不同植物根系固土作用。结果表明:通过原位直剪试验的验证,发现评价植物根系对土体抗剪强度增强作用的WWM、FBM模型均存在一定的误差,因而建议进一步完善该理论模型。同时,基于原位直剪试验测定的根系对土体抗剪强度的增强作用,进行边坡稳定性分析,发现4种植物造林边坡稳定性均高于裸坡,边坡安全系数平均提高4.38%,最大等效塑性应变平均减小50.08%,最大水平位移平均减小40.83%,最大竖向位移平均减小14.84%;4种植物措施中,荆条造林措施对浅表层土体的固土效果最佳。研究结论为评价造林边坡的稳定性,揭示根系固土的力学机理提供理论基础和科学依据。      

快剪条件下柠条和沙地柏根系提高土壤抗剪特性研究

采用直剪仪对2种沙生植物的重塑的根~土复合体及素土进行快剪试验,探讨其抗剪强度以及根径和垂直压力对抗剪强度的影响,结果表明:柠条(Caragana m icrophyllaLam.)、沙地柏(Sabina valgarisAnt.)根~土复合体在1.5m(25kPa)的浅层土体范围内抗剪强度均大于素土,2种植物根~土复合体的综合内摩擦角与素土相比差异不明显;在根径相同(1.25mm)的情况下2种植物根~土复合体的粘聚力均大于素土,其粘聚力增加率的变化范围在31.6%~46.23%之间,大小为柠条&gt;沙地柏;2种植物随着根径的增加,复合体的抗剪强度均有不同程度的增大。     

MATLAB数字图像处理在根系固土中的应用研究

在水土防治中采用植物根系固定土壤的措施,引入基于MATLAB的数字图像处理技术,为植物根系固土机制的研究提供根系和土壤等的形态特征参数。对比Sobel、Prewitt、Roberts、LoG、Canny 5种边缘检测器的效果,对比基于梯度的边缘信息改进全局阈值处理方法和Otsu方法进行最佳全局阈值处理的效果,确定Canny边缘检测器和Otsu阈值处理方法相结合的最优算法。该数字图像处理技术可为植物根系固土机制的研究提供可靠的分析手段。     

柳杉不同树龄根系加筋作用对边坡稳定性的影响

【目的】在浅层滑坡比较频繁的四川省北川县,开展了不同年龄柳杉根系对边坡稳定性作用的研究。【方法】测定3、6和9a生的柳杉不同深度土壤中根的长度,并计算其垂直消弱系数;测量不同直径根的抗拉力及抗拉强度;将土带回做根土直剪试样的剪切强度,并简单计算边坡的稳定系数。【结果】9a生柳杉根系的β最高,垂直分布较深,3个年龄段根系直径较小时抗拉力及抗拉强度差别很小,当直径超过4mm时差距较明显。9a生的直剪试样cr增加最明显,含水量大时土壤的黏聚力有所降低。现有植被情况下边坡稳定系数较裸坡增加了33.53%⁸8.93%。【结论】随着柳杉年龄的增长,根系生物量不断增加,其根系加筋作用使边坡稳定性有所提高。     

土体含水量与坡体稳定性关系研究

根据国内外有关边坡与孔隙水压力的关系、植物与含水量关系、含水量与土体强度的关系方面的研究现状,分析了植物对边坡稳定的影响。     

耕作方式对春玉米田间杂草·土壤容重和含水率的影响

研究秋季深松、春季深松、传统翻耕和免耕4种耕作方式对春玉米田土壤容重、土壤含水率、杂草发生情况、产量及水分利用效率的影响。结果显示,深松处理能够有效降低16～35 cm土层的土壤容重;秋季深松能在整个生育期提高20～60 cm土层的土壤含水率;春季深松能够提高拔节期—成熟期20～60 cm土层的土壤含水率;不同处理田间杂草发生状况从重到轻依次为免耕处理、秋季深松处理、春季深松处理、传统翻耕处理;产量从高到低依次为秋季深松处理、传统翻耕处理、春季深松处理、免耕处理;秋季深松处理能提高玉米水分利用效率。     

有机质含量、地形坡度对土壤保水效果及作物产量的影响

以湖南省沅江市新湾村为供试地,选择不同土壤(不同有机质、不同地形)为研究对象,对土壤属性、土壤含水量和作物生长发育及产量、品质进行观测。结果表明,土壤含水量与土壤有机质丰缺、地形坡度密切相关:有机质丰富和地形坡度小的土壤,土质结构良好,使土壤容重下降,加快降水入渗,减少地表径流,增加土壤含水量,增强保水能力,相应地作物产量大幅度提高。建议平整土地和增施有机肥,保持水土,培肥地力,提高抗旱能力,增加作物单产,提高品质。     

土壤含水量和pH对酸化土壤中百菌清残留的影响

[目的]探究不同土壤pH和不同土壤含水量条件下酸化土壤中百菌清的残留规律。[方法]通过模拟试验研究了不同pH和土壤含水量对酸化土壤中百菌清残留的影响。[结果]分别对于不同的pH和不同的含水量,土壤中的百菌清残留量均随着时间的增加而呈现逐渐减少趋势,其中,试验在开始的前3 d土壤中的百菌清残留量减少速度都很快,在3~7 d百菌清残留量减少速度稍有减缓,7 d之后百菌清残留量进入一个平稳缓慢的减少过程。[结论]为土壤环境的修复以及维持耕种系统的健康提供了借鉴。     

再生水灌溉对植物叶绿素含量的影响

[目的]为了研究再生水灌溉对植物叶绿素含量的影响。[方法]于2003～2005年进行盆栽和小区试验,测定不同水质灌溉下3种植物的叶绿素含量。[结果]同一年度内两种试验方法无显著性差异;3种水质灌溉的植物叶绿素含量均增高,顺序为:二级水>中水>自来水,中水、二级水处理无明显差异,相同的处理3种植物叶绿素增长率不同。在相同的试验方式下不同年度间的同一种草的叶绿素含量有随年度先增长后降低的变化趋势;不同年度间同一种草的不相同处理,呈逐年增长的趋势,无显著性差异。[结论]再生水灌溉能提高植物叶绿素的含量。     

不同植物根系对土壤抗冲性的影响

[目的]研究不同植物根系对土壤抗冲性的影响。[方法]采用改进的原状土冲刷水槽法,探讨了不同雨量、不同坡度下,4种植物的土壤抗冲性与根系生物量的关系。[结果]在小雨冲刷下,不同植物上层土壤的抗冲性和根系生物量随着坡度的增大而增强,而下层土壤表现出相反趋势;中雨冲刷下,丁香对上层土壤抗冲性的影响较大,而丁香、红瑞木下层土壤的抗冲性和根系生物量随着坡度的增加而减小;大雨冲刷下,不同植物上层土壤的抗冲性基本上随着坡度的增大逐渐增强,而根系生物量呈相反趋势,在下层土壤中其表现规律不一致。另外,土壤抗冲性与根系生物量密切相关,中雨、大雨冲刷下土壤抗冲指数与根系生物量的相关性明显高于小雨冲刷下。[结论]不同植物根系对土壤抗冲性有明显影响,可为水土流失区的植被修复提供科学依据。     

植物根系吸水模型研究综述

总结归纳了具有代表性的根系水分吸收模型和溶质吸收模型,简要介绍了根系的补偿吸收模型,并且总结了常用的根系长度密度分布函数。在综合评述已有模型研究的基础上,指出需加强湿地植物根系的吸收模型研究,以及根系表面积密度分布函数和根系体积密度分布函数的研究,并且简化模型参数。