不同生长期多花木兰根系抗拉拔特性及其根系边坡的稳定性

为研究不同生长期灌木植物根系抗拉拔特性,并分析其对护坡效应的影响,对生长期分别为3个月、6个月、9个月、12个月、15个月和18个月的典型护坡灌木植物多花木兰根系进行室内抗拉试验和现场抗拔试验,并采用二维有限元法模拟试验区不同生长期多花木兰根系边坡稳定性的增强作用。结果表明：受不同生长期的影响,多花木兰单根的抗拉力随着根径的增加呈幂函数增大,抗拉强度随着根径的增加呈幂函数减小,单根直径一定时,抗拉力和抗拉强度随着生长期的增长而增大;受不同生长期的影响,多花木兰植物根系的抗拔力随着地径、地下生物量和侧根数的增加呈指数函数增大,多花木兰根系的平均生物指标和平均抗拔力的增大幅度随着生长期的增长而减小,其中平均抗拔力增大幅度由102.78%减小到31.55%;边坡的安全系数随着植物生长期的增长而增大,等效塑性应变和最大位移随着植物生长期的增长而减小,其中最大等效塑性应变较裸坡减小了24%～72%,最大水平位移的减少程度约为最大竖向位移的一半。     

山西土石山区3种草本植物根拉拨特性

为了解山西省土石山区固土护坡草本植物根系拉拔特性,筛选拉拔力优势草本植物物种进行水土流失防治,通过开展根系原位拉拔力学试验,研究了3种典型草本植物香根草（Vetiveria zizanioides L.）、百喜草（Paspalum notatum Flugge）、黑麦草（Lolium perenne L.）根系拉拔力随根径和土层深度的变化规律。结果显示:3种草本植物根系拉拔力随着根径的增大而增加,且拉拔力与根径之间满足幂函数关系;整体上,根系拉拔力从大到小顺序表现为香根草 > 黑麦草 > 百喜草,而且三者之间差异显著;但在D≤0.4 mm和D>0.4 mm两个根径组下,黑麦草均表现出较好的拉拔力性能。在0—10 cm,10—20 cm两个土层间,香根草和百喜草两种植物根系拉拔力性能相似,而黑麦草单根拉拔力在表层土壤发挥效果优于下层土壤。从单根拉拔力方面出发,黑麦草在3种植物中可优先考虑用于固持浅表层土壤。试验探究了草本植物单根在不同根径组下和土层深度下的抗拔性能,研究结果可为山西省土石山区水土保持植物措施草本植物物种选择提供理论依据。     

不同淹水处理对盆栽平邑甜茶生长及15N-尿素分配、利用、损失的影响

以当年生盆栽平邑甜茶为试材,应用15N同位素示踪技术研究长期不同淹水天数处理对植株生长及15N-尿素分配、利用、损失的影响.结果表明:长期不同淹水天数处理,平邑甜茶地上部干重以对照最大(4.87 g),各处理随淹水天数的增加而不断减小,但地下部干重和根冠比却随淹水天数的增加而不断增大.平邑甜茶根系活力随淹水天数的增加不断降低,而游离脯氨酸含量却逐渐升高.随处理次数的增加,根系SOD、POD活性呈先升高后降低的趋势.各处理植株的15N分配率均表现为地上部大于地下部;但随淹水天数的增加植株地下部分配率逐渐升高.植株的16N吸收量和利用率以对照最高,分别为16.81 mg,9.14％,且随淹水天数增加逐渐降低,处理间差异显著.土壤的15N损失率随淹水天数的增加而逐渐升高.     

西宁盆地黄土区草本植物群根效应及其护坡贡献

通过对种植在30°和45°边坡条件下、生长期为1年的垂穗披碱草和芨芨草进行的野外原位动态拉拔试验,分析了试验区所种植的2种草本植物在不同坡度条件下株高、地径、须根数、根长、分蘖数等生长量指标与其抗拔力之间的关系。试验结果表明：植物株高对其抗拔力影响相对较为明显,即当株高达到一定高度时,植物的护坡效果得以较好地发挥出来;两种坡度条件下植物生长量指标存在一定差异,产生该差异的主要原因是不同边坡土体中水分含量不同。植物根系抗拔力与作用时间之间的动态变化过程可划分为初始、中间和最终3个阶段,不同坡度条件下同种草本的抗拔力存在差异,相同坡度条件下不同草本的抗拔力亦存在一定差异。     

多花木蓝根系与土体界面摩阻特征

为研究灌木植物根系的固土护坡力学效应,探讨根系与土体间相互作用的特性。以多花木蓝为供试植物,进行植物根系切片并计算根系的表面凹凸度,选取0~0.5,0.5~1.0,1.0~1.5,1.5~2.0mm 4种粒径的粉质黏土,在不同的土体含水率和根径条件下,制备根土复合体扰动试样,进行单根抗拔摩阻试验和直剪摩阻试验,探讨土体含水率、植物根径以及土体粒径对根土界面摩阻特性的影响。结果表明:多花木蓝根系的表面凹凸度随根径变化无显著性差异,根系的拉拔剪应力集中在17.36~32.76kPa,而根土界面的摩擦系数为0.10~0.20;根系拉拔剪应力和根土界面摩擦系数随土体粒径和土体含水率的增加逐渐下降;土体含水率和土体粒径愈低,根系形态特征对根系的拉拔剪应力和根土界面摩擦系数的影响愈显著。研究结果对分析根土界面摩阻特性的影响因素,以及利用灌木植物提高边坡土体结构稳定和防治水土流失、土壤侵蚀等地质灾害具有重大的指导意义。     

不同供磷水平对饭豆体内铁有效性的影响

采用溶液培养试验研究了低铁条件下（1 μmol/L FeEDTA）不同供磷水平P 3、30和300 μmol/L对饭豆叶绿素含量、生物量、铁含量以及质外体铁的影响。结果表明,饭豆叶片叶绿素含量及根系干重均随磷处理浓度的增加而显著降低; 低磷处理的植株地上部的铁含量明显高于中磷和高磷处理。随着供磷水平的增加,地上部和根系总铁量的比值呈降低趋势,说明铁由根系向地上部的转运显著减少,从而加剧了植株缺铁症状。进一步分析发现,低磷处理的根系质外体铁含量显著低于中磷和高磷处理。说明在铁吸收过程中,供磷水平增加促使铁在根系质外体空间中的固定,不利于根系中的铁转运至地上部,这可能是磷是对铁产生拮抗作用造成植物铁营养不利的原因之一。     

硼砂叶面喷施处理对马铃薯产量形成的影响

以"克新13"马铃薯为试材,采用不同浓度的硼砂叶面喷施,通过测定马铃薯地上部干重、地下部干重、根系活力、叶绿素含量及产量等指标,研究硼砂对马铃薯产量形成的作用效应。结果表明:适量的硼砂叶面喷施能有效地提高根系活力、叶绿素含量,促进马铃薯地上部和地下部干物质积累,从而促进产量的形成。     

植物粟对模拟封存CO2泄漏的生理响应

碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）技术是近年来迅速发展的温室气体减排措施,是以煤为主的中国重要的战略性减排技术之一,减排量巨大。但是,CCS发展备受争议,其泄漏有可能会对周围生态系统尤其是结构单一的农田生态系统造成严重影响。本研究以北方地区主要粮食作物粟为试验对象,自主设计模拟地质封存CO₂泄漏盆栽试验,通过对植物生育期SPAD（叶绿素相对含量）、株高、根系以及产量、穗部特征等指标的观测,分析粟对CCS泄漏的响应。结果表明：（1）受CCS泄漏的影响,植物粟SPAD值显著降低,植株叶片叶绿素含量极显著下降（P＜0.01）。（2）CCS泄漏发生30d后粟的株高显著下降,根分支显著增加,植株受泄漏影响明显。（3）CCS泄漏显著降低了植株地上部干重和鲜重,但是泄漏对地下部鲜重无显著影响,地下部干重较地上部降幅偏小。（4）CCS泄漏影响下,植株粟产量下降34.92%。此外,CCS泄漏下植株穗长、穗粗、总粒重等农艺性状下降显著。     

MnSO_4浸种对马铃薯幼苗质量及产量形成的影响

以"克新13"马铃薯为材料,通过盆栽试验,利用不同浓度的硫酸锰浸种处理,通过测定马铃薯幼苗的地上部干重、地下部干重、壮苗指数、叶片叶绿素含量、根系活力及产量等指标的变化,研究硫酸锰对马铃薯幼苗质量及产量的作用效应。结果表明:适宜浓度硫酸锰(0.06%~0.09%)浸种处理能有效地提高叶绿素含量和根系活力,促进幼苗地上部和地下部干物质积累,提高壮苗指数,从而提高幼苗质量和产量;硫酸锰过量,则抑制了马铃薯幼苗的正常生长,从而影响了产量的形成。     

铜胁迫对海州香薷和紫花香薷根系形态及铜富集的影响

通过水培试验,研究了在不同Cu浓度处理条件下海州香薷和紫花香薷根系形态和植物各器官铜含量、累积量间的差异。结果表明:低浓度Cu处理(<50μmol/L)对海州香薷的生长有一定的促进作用,植株干重、根系长度、根系表面积、根体积和侧根均略有升高。但随着Cu浓度(100～500μmol/L)增加,表现出一定的负效应,海州香薷在500μmol/LCu处理时植株干重、根系长度、根系表面积、根体积和侧根明显受到抑制,与对照相比差异达显著或者极显著水平。紫花香薷在50μmol/LCu处理时根系生长就受到严重抑制,而当浓度再增加时,根系形态的各项指标则无明显变化。海州香薷地上部铜含量明显高于紫花香薷。     

拉拔作用下护坡植物香根草根系的力学性能

植物根系受拔时存在拔断破坏和拔出破坏两种破坏形式,而关于根系倾角对根系受拔力学性能和破坏形式的影响尚不清楚。该研究以香根草作为研究对象,分析不同直径（0.20～1.40 mm）根系单根抗拉性能。并设置不同受拔倾角（0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°）的根系进行单根抗拔试验,分析不同生长倾角下单根抗拔性能及其破坏形式,以明确植物根系生长倾角对根系受拔时力学性能和破坏形式的影响。结果表明：香根草根系的最大抗拉力和最大抗拔力随根系直径呈幂函数关系增加,而抗拉强度和抗拔强度则随根系直径呈幂函数关系减小。在受拔倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°时,根系受拔力分别为0.48～2.71、0.59～4.16、0.79～4.08、0.95～4.47、1.86～5.39、2.20～6.39和2.95～7.46 N。随着根系受拔倾角的增加,根系最大抗拔力和抗拔强度增加。植物根系破坏形式受到根系直径和受拔倾角影响,根系直径越小越可能出现拔断破坏,而根系受拔倾角越大,受拔发生拔断破坏的根系数目越多,被拔断的临界根径越大。研究结果表明根系直径和受拔倾角明显影响根系力学性能及拔破时的破坏形式,这对深入理解根系固土机理具有重要意义。     

根际促生菌Bacillus subtilisY-IVI在香草兰上的应用效果研究

【目的】香草兰为多年生热带经济作物,随着种植年限的增加,植株长势弱,土壤有益微生物减少,土壤微生物区系失衡,严重制约了香草兰产业的可持续发展。枯草芽孢杆菌作为一种根际促生菌,被广泛应用于促进作物生长,改善土壤微生物环境。本文将枯草芽孢杆菌Y-IVI接种在有机肥上,生产了生物有机肥,并就该生物有机肥对香草兰生长的影响进行了研究。【方法】采用温室盆栽试验,调查施用根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)Y-IVI及其经固体发酵制得的微生物有机肥料(Y-IVI:3×108cfu/g)后,香草兰植株地上部及根系的生长状况,采用选择性培养基方法研究了Y-IVI在香草兰根际土壤中的定殖能力及对香草兰根茎腐病致病菌-尖孢镰刀菌数量的影响。【结果】施用Y-IVI及BIO 4个月后,香草兰根际土壤Y-IVI数量仍可达到106cfu/g土,二者无显著差异,在处理OF和对照中未检测到菌株Y-IVI。施用生物有机肥香草兰地上部干重和根系干重均显著高于对照,分别增加了63.1%和59.4%,与不接种Y-IVI的有机肥处理(OF)相比,地上部干重显著提高了43.2%,根系干重提高了18%,差异不显著;施用Y-IVI菌液的处理植株地上部干重和根系干重均高于对照,但无显著性差异;处理BIO根系直径、根系表面积和总体积与对照相比分别增加了41.9%、88.9%和80.4%,均显著高于对照,总根长与对照差异不显著;处理BIO根系表面积和总体积与有机肥处理OF相比分别显著增加了41.9%和30.8%,根系直径与OF相比增加了10.1%,差异不显著;处理Y-IVI根系直径与对照相比显著增加了25.5%,但根系表面积和总体积与对照差异不显著;与对照相比,施用BIO及Y-IVI的处理根际土壤尖孢镰刀菌数量分别明显降低了52.2%和41.8%,施用有机肥OF的处理降低了10%,差异不显著。【结论】Y-IVI可稳定定殖于香草兰根际土壤对其生长起有益作用,含促生菌Y-IVI的生物有机肥料比单独使用促生菌菌液可以更有效地减少根际土壤中尖孢镰刀菌数量,降低连作生物障碍。施用生物有机肥料比施用化肥和有机肥更有效地促进香草兰地上部及根系生长,因此,施用由根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)Y-IVI制得的生物有机肥是解决香草兰连作生物障碍和提高收益的有效手段。     

尖萼金丝桃根系对边坡土体抗剪强度的影响

[目的]探讨根系单根抗拉拔强度对边坡土体抗剪强度的影响,定量分析根系对边坡土体抗剪强度的增强作用,为评价植物根系增强边坡土体抗剪切性能提供依据。[方法]以2 a生尖萼金丝桃根系及其组成的根土复合体为研究对象,分别进行室内单根拉拔试验和根土复合体剪切试验,获得根系的抗拉强度及根土复合体试样黏聚力值;在此基础上分析根系抗拉强度与根土复合体黏聚力值之间的关系。[结果]尖萼金丝桃根系抗拉强度与根系直径存在负向幂函数关系,相关性系数均大于0.92;根系拉拔位移、抗拉拔力均与根系直径呈正相关关系,拉拔位移与抗拉拔力之间也表现为显著正相关关系;抗拉强度与根系直径、拉拔位移、抗拉拔力两两之间均呈负相关关系;根土复合体的黏聚力相较于无根素土均有不同程度的增长,增幅达17.25%～94.76%,黏聚力、黏聚力增长率均与根土面积比、根土体积比呈正相关关系。[结论]尖萼金丝桃根系拉拔特征对边坡土体抗剪强度产生显著的影响,边坡土体抗剪切性能评价指标与根系拉拔特征变化密切相关。     

Material stiffness, branching pattern and soil matric potential affect the pullout resistance of model root systems

Understanding of the detailed mechanisms of how roots anchor in and reinforce soil is complicated by the variability and complexity of both materials. This study controlled material stiffness and architecture of root analogues, by using rubber and wood, and also employed real willow root segments, to investigate the effect on pullout resistance in wet and air‐dry sand. The architecture of model roots included either no laterals (tap‐root) or a single pair at two different locations (herringbone and dichotomous). During pullout tests, data on load and displacement were recorded. These studies were combined with Particle Image Velocimetry (PIV) image analysis of the model root‐soil system at a transparent interface during pullout to increase understanding of mechanical interactions along the root. Model rubber roots with small stiffness had increasing pullout resistance as the branching and the depth of the lateral roots increased. Similarly, with the stiff wooden root models, the models with lateral roots embedded deeper showed greatest resistance. PIV showed that rubber model roots mobilized their interface shear strength progressively whilst rigid roots mobilized it equally and more rapidly over the whole root length. Soil water suction increased the pullout resistance of the roots by increasing the effective stress and soil strength. Separate pullout tests conducted on willow root samples embedded in sand showed similar behaviour to the rigid model roots. These tests also demonstrated the effect of the root curvature and rough interface on the maximum pullout resistance.     

Soil Aggregate Size and Mycorrhizal Colonization Effect on Root Growth and Phosphorus Accumulation by Berseem Clover

The effects of soil aggregate size and mycorrhizal colonization on phosphorus (P) accumulation and root growth of Berseem clover (Trifolium alexandrinum L.) were studied. Root length and dry weight decreased with increasing aggregate diameter. Colonization of clover plants by arbuscular mycorrhizae (Glomus intraradices Schenck and Smith) improved root growth and P accumulation in all aggregate‐size classes. Although total root length of either mycorrhizal or nonmycorrhizal plants decreased with increasing aggregate diameter, the length of living external hyphae was not affected by aggregate size. Thus, colonized root length was improved by 20% as soil aggregate diameter increased. Total P accumulation per plant decreased with increasing aggregate size. However, total P accumulation per unit root length improved as the size of soil aggregate increased. In our study, mycorrhizal colonization improved total P accumulation and root growth in soil with large aggregates and compensated, in part, for the effect of soil strength.     

五种护坡草本植物根系固土效果研究

对于公路边坡而言,植物根系在稳定土壤结构、提高土壤抗冲性、防治土壤侵蚀方面作用显著。为准确地评价植物根系的固土作用,选取北京地区常见的5种护坡草本植物,研究了其根系结构特征和根系强度特征,比较了不同草本植物根系结构的差异,结果表明:选取的草本植物根系生长深度除紫花苜蓿外多在0.6 m以内,沙打旺和狗尾草的根系总长度最大,表现出更好的抵抗拔出破坏的能力,而高羊茅和沙打旺根系在土壤中的数量较多,表现出更好的增强浅层土壤抗剪强度的效果。因此,北京地区的护坡草本植物,从根系固土的角度分析,沙打旺表现最好,其次是狗尾草、高羊茅和白三叶,表现较差的为紫花苜蓿。     

The role of phosphorus sources on root diameter,root length and root dry matter of barley (Hordeum vulgare L.)

Roots are the main plant organs that supply nutrients, water, hormones and physical support for the plant. Phosphorus (P) is one of the most limiting and important elements in root growth and crop production. The aims of this study were to investigate the effects of different sources of phosphorus treatments on root growth (root length, diameter and dry matter) of barley. The two glasshouse pot experiments results showed that under P deficiency, the weight of dry root significantly decreased and the total root length of whole plant significantly increased with decrease of root diameter. Our results suggested that soil fertility and root structure are widely recognized as important role of the soil community and plant growth, the root structure and root extension can directly and indirectly affected by soil fertility and specially P nutrient of the soil. Accordingly, root characteristics can determine the circumstance of plant growth and crop production.     

水分胁迫条件下玉米毛状根再生植株耐旱性研究

以玉米毛状根再生植株为材料探讨其抗旱性,通过形态学指标：株高胁迫指数、干物质胁迫指数、根数、根长、根体积、根干质量、根的总吸收面积、根的活跃吸收面积及根冠比在水分胁迫下的变化的分析、灰色系统分析,表明根干质量、干物质胁迫系数、单株叶面积、根冠比、根体积与抗旱指数关系较密切。研究表明,毛状根再生植株由于强大的根系,即使在水分胁迫下仍能保持良好的根源水分信号,具有较强的抗旱能力。     

灌木柠条锦鸡儿根-黄土状盐渍土界面相互作用力学特性

为了进一步探讨西宁盆地黄土区灌木植物根系固土护坡力学效应,以区内优势灌木植物柠条锦鸡儿为研究对象,开展不同土体密度、含水量、含盐量和根径单因素变化条件下的单根垂直拉拔试验,探讨和分析了上述因素对灌木植物根-土界面相互作用力学特性的影响和作用机理。结果表明:在垂直埋深为25 cm及其他因素恒定的情况下,随着土体密度由1.20 g/cm³增长到1.60 g/cm³,单根最大抗拔出力由(28.60±2.83)N增长至(114.33±7.17)N,呈指数函数增长趋势; 随着土体含水量由6.00%增长到22.00%,单根最大抗拔出力由(152.80±10.07)N降低至(31.50±5.53)N,呈指数函数降低的变化趋势; 随着土体含盐量由0.59%增长至2.00%,单根最大抗拔出力呈现出先增大后减小的变化趋势,在含盐量为1.00%时,单根最大抗拔出力达到峰值(61.20±0.94)N,且二者关系符合二次函数关系; 在根径为2.74～9.57 mm范围内,随着单根平均根径的逐渐增大,单根最大抗拔出力由25.20 N线性增长至97.10 N。在此基础上,提出了垂直单根最大抗拔出力计算模型,并指出计算垂直单根最大抗拔出力所需的根-土界面综合黏聚力和综合摩擦角可通过根-土界面直剪试验获得。