三峡水库消落带4种草本根系抗拉特性及根系粘聚力

为明确三峡水库消落带典型草本植物根系抗拉特性并评价其固土能力,在三峡腹地忠县石宝镇消落带选取牛鞭草(Hemarthria altissima(L.f.)R.Br.)、扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa(L.f.)R.Br.)、双穗雀稗(Paspalum paspaloides(Michx.)Scribn.)和自然恢复草本狗牙根(Cynodon dactylon(L.)Pers.),采用WinRhizo Pro.2009c根系分析系统分析了4种典型草本植物根系在土壤剖面的分布,利用拉力测试仪测定了4种草本根系的抗拉力并计算其抗拉强度,用Wu氏模型估算了根系对土壤粘聚力的增强值。结果表明,4种草地的根系大部分都分布在0—5cm土层中,根长密度(RLD)和根面积比(RAR)均沿土壤深度呈幂函数递减分布。4种消落带草本根系的平均抗拉力次序为狗牙根(5.86N)牛鞭草(5.55N)扁穗牛鞭草(5.50N)双穗雀稗(4.14N)。同样,狗牙根(62.26 MPa)平均抗拉强度最大,扁穗牛鞭草(51.29 MPa)和牛鞭草(50.66 MPa)次之,双穗雀稗(48.81 MPa)最小。4种草本根系都可以显著地增加土壤粘聚力,扁穗牛鞭草、牛鞭草、双穗雀稗、狗牙根最大增强值(表层0—5cm)分别为21.09,22.47,19.51,15.40kPa,平均增加黏聚力值分别为4.90,4.69,4.42,3.12kPa。说明4种草本植物的根系均具备较好的固土潜能,其中扁穗牛鞭草和牛鞭草根系的固土能力最强,双穗雀稗次之,狗牙根最弱。研究结果可以为三峡水库消落带的植被恢复和水土保持工程提供一定依据,并适当的推广到其他水库或湖泊消落带。     

水库消落带典型草本植物根系对土壤抗冲性能的影响

为明确水库消落带典型草本植物根系对土壤抵抗径流侵蚀性能的影响,以裸地为对照,通过原状土冲刷试验研究了狗牙根、扁穗牛鞭草和苍耳3种草地0—20cm土层的土壤抗冲性能,并探讨了不同草本植物的根系特征及其对土壤抗冲性能的影响。结果表明:(1)3种草本植物根系均集中分布在0—10cm土层,扁穗牛鞭草的根重密度、根长密度、根表面积密度和根体积密度均显著高于狗牙根和苍耳(P<0.05)。(2)冲刷过程中各土样的径流含沙量均是先急剧降低后趋于稳定,放水冲刷0~3min含沙量较高且快速降低,3~6min缓慢降低,6~10min趋于平稳。与对照相比,不同草地在10min冲刷过程中均可有效减少径流含沙量,其中0—10cm土层的径流含沙量大小表现为对照>狗牙根>苍耳>扁穗牛鞭草,10—20cm土层则表现为对照>狗牙根>扁穗牛鞭草>苍耳。(3)冲刷过程中各土样的土壤抗冲指数均为先缓慢增大后迅速增大,抗冲指数在0~3min内较小且缓慢增大,3~6min时逐渐增大,6min后迅速增大。与对照相比,不同草本植物根系均可有效增加土壤抗冲指数,其中各草地0—10cm土层的抗冲指数与对照相比有显著差异,扁穗牛鞭草草地土壤抗冲指数最大,是对照的2.15倍,其次为苍耳、狗牙根草地,分别为对照的1.60,1.43倍;10—20cm土层扁穗牛鞭草和苍耳草地的土壤抗冲指数与对照相比仍具有显著差异,而狗牙根草地则差异不显著。(4)草本植物根系对土壤抗冲性能的增强效应主要发生在0—10cm土层,扁穗牛鞭草根系对土壤抗冲性能的增强效应最大,其次是苍耳,狗牙根最小。土壤抗冲性能的提高与根系分布、形态指标等密切相关,D≤1.5mm径级根系根表面积密度和根体积密度是影响土壤抗冲指数的关键因子。     

三峡库区5种耐水淹植物根系增强土壤抗侵蚀效能研究

考察了三峡库区嘉陵江岸5种耐水淹植物的根系在土壤表层(0-30 cm)的分布特征,从抗冲性和抗蚀性两个方面明确了它们对土壤抗侵蚀的增强效能,并对其根长密度(RLD,root length density)进行了分析。研究发现:(1)狗牙根、空心莲子草、牛鞭草和野古草的根系生物量主要分布在土壤上表层(0-10 cm),荻根系生物量在土壤表层分布比较均匀;(2)狗牙根、牛鞭草和野古草的RLD及D(直径)≤1 mm RLD在土壤上表层分布较多,荻和空心莲子草的RLD及D≤1 mm RLD在上、中表层(10-20 cm)之间无显著差异;(3)5种耐水淹植物的根系对土壤抗冲性和抗蚀性都有显著的增强效应;(4)土壤抗冲性增强值,抗蚀性增强系数与5种耐水淹植物的RLD及D≤1 mm RLD关系密切,符合线性回归。结果表明,5种耐水淹植物均能在三峡库区消落区植被构建中发挥较强的抗侵蚀效应,其中荻的增强效应最明显;RLD,特别是D≤1 mm RLD能很好地表征植物根系对土壤抗侵蚀能力的增强效能。     

三峡库区狗牙根根系固坡抗蚀效应研究

研究了三峡库区嘉陵江岸的野生狗牙根(Cynodon dactylon (L.) Pers.)根系在土壤表层(0-30 cm)的分布特征,并从土壤理化性质和抗剪强度方面分析了其固坡抗蚀效应。研究结果表明:(1)样本的根系密度(RSD,root system density)与根系生物量呈较显著的正线性相关(R2=0.874 7),且90%总根数和86%的总根量均集中分布在0-30 cm的表土层;(2)狗牙根根系改变了土壤结构,土壤容重与根系生物量呈极显著的负线性相关(R2=0.977 8),总孔隙度与根系生物量呈极显著的正线性相关(R2=0.980 5);(3)狗牙根根系提高了土壤团聚体和有机质含量,土壤团聚体、有机质含量均与根系生物量呈极显著的正线性相关(R2=0.947 7,0.952 7);(4)根系增强了土体的抗剪强度,根系密度越大则抗剪强度增量越大;(5)根系对土体抗剪强度的增强主要是通过粘聚力来实现;(6)根系主要是通过增强土体的抗剪强度来实现其固坡抗蚀效应。     

狗牙根群落土壤-根系系统的结构及其抗冲刷与抗侵蚀性能的空间变化

[目的]探讨三峡库区消落带常见的物种狗牙根对库区消落带固土护坡的作用机理。[方法]结合野外调查和室内试验研究,对狗牙根群落根土复合体的结构、根土复合体抗冲刷与抗侵蚀性能及其空间变化进行研究。[结果]狗牙根根系对土壤抗冲性和抗蚀性都有显著的增强效应。随着狗牙根根系生物量的增加,土壤抗冲性和抗蚀性能力也随之增强,且根系生物量与土壤抗冲性和抗蚀性有线性相关性;土壤的抗冲刷与抗侵蚀能力还受消落带海拔梯度的影响,随着海拔梯度的上升,土壤的抗冲刷与抗侵蚀能力逐渐增强,在175m高度达到最大。[结论]由于高度升高,被淹的时间缩短,狗牙根在高海拔地区的生长状况好于低海拔地区。     

草类根系对土壤抗冲性的强化效应

本文以研究草本植物根系密度、根量及土壤抗冲性的剖面特征为基础,首次对不同土层深度根系的减沙效应及提高土壤抗冲性的有效范围进行了定量分析。结果表明,草类根系提高土壤抗冲性的作用与其在剖面中的分布状况的关系极为密切;20cm土层内,根系的减沙效应不受坡度及雨强的影响,减沙效应系数平均在0.82以上。20cm以下土层根系的减沙效应明显降低。根据对不同坡度及雨强下根系提高土壤抗冲性的效应曲线及减沙效应的综合分析,确定出在坡度≤30°、雨强≤4.0mm/min条件下,草类根系密度超过166根/100cm²时对增进土壤抵抗径流冲剧有极其明显的作用,其根系的有效深度下限值为30cm。     

不同护坡草本植物的根系分布特征及其对土壤抗剪强度的影响

为明确用于三峡库区植被构建的边坡植物物种根系特征与土壤抗剪强度之间的关系,该文以裸地为对照,应用WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统对香根草(Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)、狗牙根(Cynodon dactylon(L) Pers.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)4种护坡草本的根系特征进行定量分析.研究发现:香根草的根长密度和根表面积密度显著大于其他草本;各草本类型的根长密度、根表面积密度及根重密度均随着土壤深度的增加递减,但随深度的增加,不同草本类型的差异逐步缩小;不同草本类型土壤内摩擦角φ和粘聚力c大小均为:香根草>百喜草>紫花苜蓿>狗牙根>裸地,且随土层深度的增加而降低;随着根长密度、根表面积密度的增大,土壤内摩擦角φ呈显著的对数增长,土壤粘聚力c呈显著的线性增长,且与直径D≤5 mm不同径级的根系特征之间存在明显的相关性.结果表明:相对于裸地而言,4种草本均能显著增强土壤内摩擦角φ和粘聚力c,且根系对土壤内摩擦角φ的提高程度大于土壤粘聚力c;根长密度和根表面积密度,尤其是直径D≤5 mm径级的根长密度和根表面积密度能很好的表征土壤的抗剪强度,可作为评估土壤抗剪强度的重要参数.     

三峡水库消落带几种草本植物根系的垂直分布特征

[目的]明确三峡水库消落带典型草本植物根系分布特征,为三峡消落带的植被恢复提供依据。[方法]在三峡腹地石宝镇消落带选取牛鞭草(Hemarthria altissima)、扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)、双穗雀稗(Paspalum paspaeoides)三种人工恢复草本和自然恢复草本,利用WinRhizo Pro.2009c根系分析系统研究其根系的土壤剖面分布特征。[结果]4种草本类型的的根系主要分布在0—10cm土层,根长密度、根直径(除自然杂草外)、根表面积密度、根体积密度和根尖密度均随土壤深度的增加而呈指数函数减小;除根径外,在整个土层剖面中(0—25cm),3种人工草本的根系指标都要显著高于自然恢复杂草。[结论]4种草本根系发达,对消落带水淹胁迫的适应性强。     

红壤丘陵区林地根系对土壤抗冲增强效应的研究

对不同林地根系分布特征及其对土壤抗冲增强效应进行研究,结果表明:毛竹林根系的63%集中在0～30cm土层;混交林有64%的根系分布在0～20cm土层;杉木林0～20cm土层中有占总根数42%的根系;柑橘林41%的根系分布在0～10cm土层,各林区根系随土层深度增加而迅速减少。根系对土壤抗冲性增强值表现出随土层深度增加而减小,同时也得出根系对土壤抗冲性增强值在小雨强下>中雨强下>大雨强下。直径≤1mm根系密度与土壤抗冲性增强值相关性达到极显著水平,并得出它们之间的函数关系。土壤抗冲性随冲刷历时的增加而迅速增强,增强值的大小表现出毛竹林>混交林>杉木林>柑橘林。     

黄土高塬沟壑区植被自然恢复年限对坡面土壤抗冲性的影响

为评价黄土高塬沟壑区坡面植被自然恢复对土壤抵抗径流侵蚀性能的影响,以农地为对照,通过野外原位冲刷试验研究了不同植被恢复年限（0~28 a）的坡面土壤抗冲性变化及其与土壤性质和根系密度的关系。结果表明,1）土壤各项性质均随恢复年限的增加不断改善,其中土壤容重和崩解速率随恢复年限呈递减的指数函数关系（P<0.01）,而饱和导水率、有机质含量、水稳性团聚体、MWD及各直径根系密度则随年限以线性或指数方式递增（P<0.01）。2）植被恢复3 a的坡面土壤抗冲性较农地增加不显著（P>0.05）,恢复3a后土壤抗冲性显著增加1.98～9.82倍（P<0.05）,且土壤抗冲性与恢复年限呈极显著线性关系（R2=0.98,P<0.01）。3）土壤抗冲性与容重和崩解速率呈显著的负相关关系,与饱和导水率、有机质含量、水稳性团聚体及MWD则呈极显著正相关关系;抗冲性与根系密度的关系可采用Hill曲线模拟,<0.5 mm是提高抗冲性的最有效根系直径。4）土壤抗冲性的提高与土壤性质的改善和根系密度的增加密切相关,土壤容重、团聚体稳定性（MWD）及<0.5 mm根系密度是影响土壤抗冲性的关键因子。     

区域尺度河道对达里亚博依绿洲植被群落的影响

研究干旱区绿洲天然荒漠植被的分布规律和制约因素,对荒漠地区的植物保护和生态恢复提供一定的理论依据,而干旱区水资源控制着荒漠河岸植被的分布格局,河流对植被的发生、发展和演变起到决定性作用。在于田县克里雅河中下游河道基础上,应用经典统计学和相关分析法分析了达里亚博依绿洲植被群落特征同距河道远近和土壤水分数据间的相关性,探讨了区域尺度基于河流因素的植被群落特征。结果表明:距河道从近到远依次为芦苇（Phragmites australis）群落（0～200 m）、柽柳（Tamarix chinensi）群落（200～800 m）和胡杨（Populus euphratica Oliv）群落（800～1 700 m）;植物群落距河道距离与植被盖度和土壤水分呈负相关;同种植被群落植被盖度、土壤含水率与河道具有同样的相关性,而且离河道越远植被长势越差。     

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。     

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。     

模拟人工湿地植物对富营养化水体的修复研究

以河砂为基质构建人工湿地,通过人工配制不同浓度的富营养化水体,用无植被、填充相同基质的空白人工湿地（CK）做对照,研究湿生植物芦苇（Phragmites australis）、藨草（Scirpus triqueter）、薄荷（Mentha haplocalyx）和水芹 （Oenanthe javanica）对水体中总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）及化学需氧量（COD）的去除效率。结果表明:四种植物对不同浓度富营养化水体的净化效果都显著优于CK（P < 0.01）。（1）对TP的去除:轻度处理下芦苇的吸收率最高为89.30%;中度处理下去除效果最好的是藨草为74.96%;重度处理中四种植物差异不显著。（2）对TN的去除:在轻、中度处理下,去除效果最好的是芦苇,吸收率分别为86.76%和73.27%;重度处理下藨草吸收效果最好为51.80%。（3）对NH₄⁺-N的去除:轻度处理下各植物间无明显差异;而在中度处理下去除效果最好的是薄荷吸收率为81.96%;重度处理下,水芹的去除率最高为58.30%。（4）对COD的去除:各处理中均以藨草最好,低浓度处理下去除率为77.57%;中度处理下为74.42%;重度下为62.89%。试验表明在选择人工湿地净化污水时,可优先考虑芦苇和藨草。     

人工湿地不同植被净化污水效果及其氮磷累积研究

通过模拟垂直流人工湿地污水系统,研究了湿地植被鸢尾（Iris pseudacorus）、香蒲（Typha orientalis）、茭白（Zizania aquatica）和芦苇（Phragmites australis）对生活污水总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）、生物耗氧量（BOD₅）和化学耗氧量（COD_Cr）的去除效果及其植被对氮磷累积效应。结果发现:（1）人工湿地4种植被对生活污水的净化效果存在一定的差异,对污水各个指标的去除率随人工湿地的运营期均呈“V”型变化,基本表现为反弹期 > 稳定期 > 恢复期 > 启动期;（2）综合比较可知,通过人工湿地整个运营期来看,人工湿地植被能有效促进湿地对污水的去除效果,其中以茭白和鸢尾的去除效果较好,而4种湿地植被对TP的去除率最高,对TP,NH₄⁺-N和COD_Cr的去除率差异不显著（p > 0.05）;（3）4种湿地植被地上和地下生物量表现出一致的变化规律,基本表现为鸢尾和茭白高于芦苇和香蒲,除了鸢尾以外,其他植被地上、地下生物量比（A/U）均大于1,4种植被地下生物量占总生物量的40%以上,并且地上部分N,P浓度高于地下部分N,P浓度,地上平均N,P积累量高于地下部分N,P积累量;鸢尾和茭白地上部分和地下部分N,P浓度和N,P积累高于芦苇和香蒲;（4）相关性分析表明人工湿地不同植被N,P积累量分别与生物量、N含量、P含量均呈显著的线性关系（p < 0.01）,生物量与N,P积累量的相关系数高于N含量和P含量的相关系数,表明人工湿地植被生物量对N,P积累量的影响大于植被体内N,P含量的影响,因此可以通过生物量来评价人工湿地植被对N,P的去除效果。     

晋西黄土区不同植被类型土壤抗冲性及表层根系分布特征

采用原状土冲刷水槽法,以油松林、刺槐林、山杏林、荆条地及荒草地土壤为研究对象,研究了晋西黄土残塬沟壑区蔡家川流域不同植被类型土壤抗冲性能及植物根系对土壤抗冲性的影响。结果表明:(1)在原状土冲刷试验过程中,各植被类型径流量随冲刷时间的变化趋势不明显,含沙量随时间延长先减少后趋于平稳,土壤抗冲指数呈逐渐增加的趋势。(2)各植被类型总根长密度、根表面积密度、根体积密度及根生物量密度均表现为刺槐、油松林地较大,山杏、荆条、荒草地较小且相差不大,总根系参数之间均存在正相关关系。各植被类型不同根径范围(0～0.5,0.5～1.0,1.0～2.0,2.0～5.0,5.0 mm)的根系指标中,0～0.5 mm径级的根长密度均最大,根体积密度总体表现为细根比粗根小。(3)不同植被类型植物根系均能增强土壤的抗冲性,增强效应表现为刺槐林地和油松林地较强,山杏、荆条、荒草地较弱。植物根系指标中1 mm径级的根长密度、根表面积密度、根体积密度与土壤抗冲性增强值呈显著或极显著正相关关系。其他径级根系参数与土壤抗冲性增强值相关性不显著。     

重庆四面山水源涵养林土壤抗冲性及影响因素

采用原状土冲刷水槽法对重庆四面山4种水源涵养林土壤的抗冲性进行试验研究,并探讨土壤抗冲性动态变化规律以及坡度、根系的影响。结果表明:楠竹林土壤抗冲性最大,其次为针阔混交林、针叶林,阔叶林最小,其抗冲刷系数分别为20.153、14.717、10.819和4.615 L.min/g;林地土壤抗冲性A0层强于A层,并随水流冲刷时间的延长呈指数函数增大;在研究范围内,25°是林地土壤抗冲性的转折坡度;<3 mm根系是四面山水源涵养林表层土壤根系的主要成分,林地A0层土壤抗冲性受<1 mm、1～3 mm、3～5 mm根系根量及死生物量的影响,A层主要受3～5 mm根系根量及其根长的影响。     

赤水河上游主要树种根际土壤调控水分功能研究

为明确赤水河上游主要树种根际土壤调控水分能力,通过野外采样和室内分析方法,从容重、含水率和孔隙度等方面入手研究水文生态功能,并划分调控水分功能群。结果表明:32个树种0—60 cm的最大持水量为212.00～357.94 mm、有效贮水量为11.07～85.15 mm,是一个蓄水库;其持水速率大于失水速率,且二者与时间的关系均符合幂函数模型。采用RDA排序时,可将该区的树种划分为5类功能群:功能群Ⅰ包括杨梅、丝栗栲、茶、白栎、马尾松、慈竹;功能群Ⅱ包括杨树、杉木、构树、荚蒾、撑绿竹、枫香、火棘、山胡椒、乌桕、楝树、马桑;功能群Ⅲ包括枇杷、南天竹、李、柏木、梧桐、香椿;功能群Ⅳ包括檵木、黄荆、油桐、毛桐、南酸枣;功能群Ⅴ包括盐肤木、黄连木、柑橘、油茶。土壤容重、含水率、孔隙度等物理特征和持水过程是影响土壤水分调控能力的主因。研究结果可为赤水河上游水源涵养林树种的选择和配置提供理论依据。