石漠化区多花木蓝和双荚决明根土复合体抗剪特性研究

石漠化地区土壤易流失,植被恢复难度大。选取贵州石漠化区有代表性的灌木树种多花木蓝和双荚决明为研究对象,采用四联直剪仪对多花木蓝和双荚决明根-石灰土重塑试样进行直剪试验,主要分析了根径、法向压力和含水率对根土复合体抗剪特性的影响。结果表明:植物根系的存在对土体抗剪强度有积极作用,主要以加筋的形式增强土体的抗剪强度,以根径2～3 mm对石漠化地区固坡护坡效果较好。法向压力对复合体抗剪特性的影响最显著,因其影响复合体的密实性来间接影响抗剪强度,表现为法向压力越大,土体密实性越好,根土复合体抗剪强度越大。根土复合体的抗剪强度随含水率的增加呈先增加后减小的趋势,在含水率14.3%时,根土复合体抗剪强度最大,固土效果最佳。2种植物中,多花木蓝总体上较双荚决明更能增强土体抗剪强度。本研究可为石漠化地区边坡绿化和水土保持树种的筛选及根径大小的控制提供参考。     

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。     

植物根系固土护坡效应的原位测定

通过对南望山山脚下樟树的4个含根土样和素土样在现场进行原位剪切试验,对比素土样和4个含根土样的强度值、位移值,分析评价植物根系的固土护坡效应。结果表明:1)根系的存在提高了土体的峰值强度和残余强度,且根系提高土体残余强度的程度更高;2)同素土样相比,4个含根土样在强度峰值点对应的位移值更大,在土体被剪破前,含根土体能够承受更大的变形,根系增加了土体的延性;3)含根土体的应变软化段曲线较素土体的更加平缓,根系降低了土体峰值点后抗剪强度的减小幅度,使土体在较大应变处仍能保持较高的强度,提高了土体的延性;4)剪切断面上总根长、根面积比与土体抗剪强度的增量均成正相关。     

五节芒和胡枝子的固土护坡力学特性研究

[目的]分析植物根系在土壤中的力学性质,证明植物能提高坡面的稳定性。[方法]以胡枝子、五节芒为研究对象,测定植物根系的抗拉强度。[结果]根系的存在确实对土体抗剪强度有所提高;当根系的总长度恒定时,根系粗细是影响抗拉拔力的主要因素。[结论]植物根系可以提高土体的抗剪强度和抗拉拔能力,增强边坡的稳定性。     

根系逐渐破坏过程中固土效果研究

植物根系的固土效果会随根系破坏而发生变化,但其变化过程并不明确。以重庆缙云山的四川山矾为研究对象,以2 mm为根系径级,采用逐径级剪除根系法模仿根系逐渐遭到破坏的过程;同时测量根系的抗拉与抗拔强度,利用自制大盒直剪仪测量根土复合体的抗剪强度,并与Wu模型计算值作对比,系统研究根系逐渐破坏过程中的固土效果。结果表明,春季生四川山矾3年幼苗的植物根系抗拉强度随着根系直径的减小而减小。当根系直径小于2 mm时,根系拉拔强度要高于植物根系的抗拉强度,当根系直径大于2 mm时,则根系抗拉强度更大。大盒直剪测量结果显示,根系破坏过程中根土复合体的抗剪强度首先保持不变,当大于2 mm的根系开始与土壤分离时,根土复合体的抗剪强度会快速下降。在一定范围内,根面积比越大,根土复合体的抗剪强度越大,根系对土壤的加固作用越强。在根系逐渐破坏过程中,Wu模型在一定程度上高估了根土复合体的抗剪强度,且高估值与根面积比呈正相关关系。      

扦插措施根系固土的力学增强效应分析

为了定量化分析扦插措施根系对边坡稳定性的贡献,采用固结不排水三轴剪切试验研究不含根土体及根-土复合体的抗剪强度,并使用数显土壤紧实度仪对边坡的紧实度进行测量,分析新生根系对边坡紧实度的影响。结果表明：加根土的强度和抗变形能力增强。扦插措施新生根系能有效提高土体的黏聚力,其对内摩擦角的影响不明显,而对边坡土壤紧实度的改善作用显著。     

坡度对含根坡体稳定性的影响

为了定量化分析在不同坡度条件下植被根系对边坡稳定性的贡献,采用不固结不排水三轴压缩试验测定研究区不含根土体及2种灌木植物根-土复合体的抗剪强度参数,应用极限平衡法分析不同坡度对边坡稳定性的影响。通过算例分析,发现当坡度在25°以下时,有根系边坡的稳定系数比素土边坡的稳定系数增大1倍以上;当坡度在25°~50°之间时,种植灌木四翅滨藜的边坡稳定性较种植柠条锦鸡儿边坡平均增加38%,其中四翅滨藜可提高边坡稳定系数1.38~0.80,柠条锦鸡儿提高边坡稳定系数在1.03~0.56之间,植物根系对边坡土体发挥着重要的加筋和锚固作用;当边坡坡度超过55°时,2种灌木植物根系对边坡稳定性的影响相对较小。     

树木根系固土力学机制研究综述

近30 a来,由于科学技术的发展和生态环境建设的需要,根系固坡力学机制研究成为学科交叉的新领域。鉴于此,概述了近30 a来固土力学机制的研究进展及今后研究方向。综观根系固坡的研究历程,研究集中在林木根系抗拉、锚固、根系-土壤复合体提高抗剪强度等方面。今后应加强对根系纤维素、半纤维素的定量分析,探讨不同植物根系弹性、抗拉力及应力-应变关系的差异,加强水土保持树种搭配的理论研究,从不同力学特性的根系相搭配的角度来研究根系固土护坡的功效。在边坡的稳定方面,应用有限单元方法研究根土复合体边坡的应力场、位移场的变化及边坡的稳定性情况,并用有限元的方法解决实际生产中的边坡造林中树种选择、造林密度等问题。     

林木根系与黄土复合体的抗剪强度试验研究

为了深入了解林木根系在增强黄土抗剪强度中的作用机理,该文用三轴压缩试验方法研究了林木根系与黄土构成的复合体的应力 应变及强度特性,探讨了不同根系直径、根系分布方式、复合体含水量和围压下的土体抗剪强度.试验证明,根系-土壤复合体抗剪强度τf与法向正压力σ的关系符合库仑定律, 即τf=σtan+C.由试验结果可知,根系直径相同时,复合体含水量从12.72%增至15%,水平根系的根土复合体的抗剪强度减小,垂直根系和复合根系的复合体抗剪强度增加;复合体含水量一定时,3种分布方式的根土复合体的抗剪强度都随根系直径的增加而增大;根系直径和复合体含水量一定时,复合根系的根土复合体的抗剪强度最大,垂直根系次之,水平根系最小.      

造林土质边坡浅层平面滑坡模型的初步研究

造林土质边坡容易发生浅层平面滑坡。基于极限平衡理论,综合考虑土质边坡上林木根系的力学加固土壤作用和水文增加基质吸力效应,以及林木附加自重对边坡稳定的负面效应,建立了一个用来评价造林土质边坡浅层平面滑坡的分析模型。所有模型参数中土壤内摩擦角和边坡坡度的微弱变化能引起边坡安全系数较大浮动,而林木附加自重的变化对安全系数的影响较小。造林土质边坡浅层滑坡分析模型中林木根系对土壤的力学加固作用采用了修正的植物根系提高土壤抗剪强度的简单力学增强模型,相比以往类似边坡稳定性模型,分析模型显著提高了预测边坡稳定的准确性。      

基于植物柔韧性的土壤生物工程护岸材料选择

以北京市怀柔区怀九河为例,运用三点抗弯的方法,对金丝柳、旱柳、紫穗槐和荆条4 种植物进行枝条抗弯实 验,通过对植物枝条柔韧性的研究,筛选出适用于退化河岸带土壤生物工程生态修复的植物材料。结果表明:将植 物的力学特性分析作为河岸带土壤生物工程植物材料的选择依据是一种可行的方法;弹性模量小、抗弯力大的植 物是土壤生物工程施工中优先选择的植物材料。研究表明:抗弯力强度与植物直径呈显著正相关关系;荆条弹性 模量最大且远高于其他3 种植物,其次为紫穗槐;旱柳和金丝柳弹性模量差异不大;荆条的抗弯力最大,旱柳最小。 因此从力学角度出发,在土壤生物工程植物材料筛选中,乔木树种优先选择金丝柳,其次为旱柳;灌木树种优选紫 穗槐,荆条次之。      

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 takes monospecific stands of Robinia pseudoacacia and Platycladus orientalis grown on slopes in the semiarid Loess 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, spatial variability of root additional cohesion was analyzed. The results showed that biomechanical characteristics of R. pseudoacacia roots were significantly different from P. orientalis roots. RAR and root additional cohesion 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 evenly distributed along slope in the Loess Plateau, which could provide a basic theory of afforestation mode in spatial distribution and hence control soil erosion and shallow landslide.      

不同植被恢复模式对土壤肥力的影响

将野外调查和室内分析相结合,测定了刺槐、荆条、侧柏和苜蓿等几种不同植被恢复模式下农田土壤有机质和速效养分含量,并采用新复极差法检验了有机质含量的差异性,结果表明:黄土高原渭北旱塬丘陵沟壑区不同植被恢复模式各层土壤有机质含量均随深度而递减,土壤有机质有一定的表聚性,其中荆条、侧柏土壤有机质表聚性表现最为明显;几种不同植被恢复模式能够显著提高土壤有机质含量水平,改善土壤肥力;植被恢复后能明显提高土壤速效氮、速效钾水平,而对速效磷的提高却非常有限;土壤速效钾在苜蓿植被下有少量减少,中幼龄侧柏导致土壤速效氮、速效磷明显下降。最后,对植被恢复提高土壤肥力的机理和不同植被对土壤肥力的恢复效应进行了探讨。     

荆条+白羊草群丛植物种多样性研究

研究了荆条 白羊草群丛植物种多样性、生态成分、果实类型、花型和根型构成特点。采用邻接小样方对植物种多样性进行定量分析,结果表明:随坡位上移,Shannon-w iener多样性指数下降幅度最大,P ielou均匀度指数下降幅度很小,多年生杂类草禾草植物和一年生植物数量减少,草质藤本植物消失,肉质草本植物样方数量增加,但仍以多年生杂类草禾草植物和一年生植物数量在整个坡面最多;总状花序和圆锥花序植物种数量、中旱生植物数量均最多,根系类型谱为轴根型>根蘖型>根茎型>丛生型>鳞茎型。说明荆条 白羊草群丛的植物繁殖对策以属于风媒花与虫媒花并存、风播种子和深根系植物为基本特征,是由零星分布的乔木树种、间断分布的灌木层片和恒有草本层片构成。     

间伐对栓皮栎人工林林下荆条根茎叶主要功能性状的影响

  目的  研究间伐对栓皮栎Quercus variabilis人工林林下荆条Vitex negundo var. heterophylla根、茎、叶功能性状的影响，为人工林林分结构优化和林下幼苗更新保护提供理论基础。  方法  以间伐后3 a栓皮栎人工林灌木层荆条为研究对象，比较其叶面积、比叶面积、叶干物质质量分数、茎干物质质量分数、总根长、比根长等结构性状，以及植株各器官全氮、全磷、全钾和总有机碳质量分数等化学性状的差异性，研究植物功能性状与林下光环境及土壤理化特征的关系。  结果  间伐后荆条地上部分植物功能性状指标(叶总有机碳、叶面积、比叶面积、叶有机氮、茎总有机碳)和地下部分植物功能性状指标(总根长、根体积、根生物量、根总有机碳)均显著高于对照样地(P＜0.05)。相关和逐步回归分析结果表明:林下散射辐射是影响荆条叶结构性状的主要因子，林下直射辐射通量、光合有效辐射和太阳总辐射时间是影响叶化学性状的关键因子，茎功能性状主要受林下直射辐射和散射辐射的共同作用。总根长、比根长和根有机碳与土壤非毛管孔隙度、土壤总孔隙度、土壤有机碳和土壤全氮存在显著相关(P＜0.05)，其中，土壤有机质是影响荆条根功能性状的关键因子。  结论  间伐能显著促进栓皮栎人工林下荆条叶和根功能性状的发育，对茎功能性状的影响较弱。图1表6参31     

3种典型立地荆条种群及种间分布的空间点格局

为了明确荆条Vitex negundo var. heterophylla群落种群及种间特征,以空间点格局分析法对3种典型立地的荆条及种间空间格局进行分析。结果表明:荆条空间分布格局整体为随机分布,油松Pinus tabulaeformis林立地部分尺度下为集群分布;在99%的置信区间下,荆条与细叶小檗Berberis poiretii,小叶鼠李Rhamnus parvifolia,酸枣Ziziphus jujuba var. spinosa,臭椿Ailanthus altissima和油松种间格局相关关系不显著,在样地中可以长期共存;荆条与胡枝子Lespedeza bicolor,太平花Philadelphus pekinensis,叶底珠Securinega suffruticosa和三裂绣线菊Spiraea trilobata在小尺度下为正相关、互利共存;随着尺度变大,荆条与胡枝子、三裂绣线菊为极显著的负相关关系（P＜0.01）,竞争生存空间;并提出水源涵养林营造生物多样性配置建议。图5表2参26     

太行山低山丘陵区5种木本植物光合特性的比较

植物种的选择是太行山低山丘陵区植被恢复与重建的关键问题之一。利用LI-6400xT光合系统分析仪研究了5种木本植物的光合日进程特性、光能利用效率及水分利用效率。结果表明：①火炬树Rhus typhina,刺槐Robiniapseudoacacia,臭椿Ailanthus altissima,荆条Vitex negundo var.heterophylla,酸枣Ziziphus jujuba var.spinosa的最大净光合效率出现在中午12：00,均无光合午休现象;②比较5种木本植物的光能利用效率后发现,火炬树的光能利用效率最高,其光能利用效率与臭椿、荆条的光能利用效率差异显著（P〈0.05）,与刺槐、酸枣的光能利用率差异不显著（P〉0.05）,说明火炬树、刺槐及酸枣的光能利用效率较高;③除酸枣外,5种木本植物的水分利用效率日变化曲线均呈＂V＂型曲线,酸枣的水分利用效率呈＂W＂型曲线。火炬树的水分利用效率最高,与臭椿、荆条、酸枣的水分利用效率差异显著（P〈0.05）,与刺槐差异不显著（P〉0.05）,表明火炬树和刺槐的水分利用效率较高。因此,火炬树和刺槐在秋季具较高的光能及水分利用效率,基于两者为外来树种,需慎重考虑将它们作为该地区的植被恢复树种。     

黄荆种以下分类群的聚类与演化趋势分析

通过数量聚类和演化趋势分析的方法,讨论了以前的分类学处理和演化趋势。研究结果表明,黄荆种以下分类群组成2个类型:花序展开型,包括变型laxipaniculata和变型alba,和花序狭窄型,包括其他5个变种。在黄荆中,花序类型表现出一定的分类学重要性,将变型laxipaniculata和变型alba归并为黄荆异名的分类处理在本研究中没有被支持。本文还通过原始性状与衍生性状的比较,确定了黄荆种以下分类群是以黄荆为原始分类群,形态特征向着4个方向演化,形成目前种以下分类群的格局。本文还报道了原变种黄荆在河北省东部的地理分布与荆条小叶羽状分裂这一形态特征的新资料。      

荆条果实的形态、结构与组分

对荆条果实形态特征及营养成分进行了测定.结果表明：①荆条果实呈卵球形或近球形,包于宿存花萼内,黑褐色,表面粗糙,无光泽,圆头状凸起紧密排列在果实表面,呈波浪状.果实长短轴大小为2.93 mm×2.48 mm,单粒质量9.58 mg.②荆条果实内含种子1～4枚,呈倒卵形,种皮厚膜质,淡黄色,是双子叶无胚乳种子.③荆条果实粗脂肪的质量分数为0.0946 mg·g-1,明显高于可溶性糖的质量分数（0.0194 mg·g-1）和蛋白质的质量分数（0.0190 mg·g-1）,还含有K,Na,Ca,Mg,Fe,Zn,Mn,Cu等多种矿质元素,且Ca,K,Na的含量明显高于其它矿质元素.     

朝阳地区8种自然灌木生态适应性研究

[目的]为恶劣条件下植物的选择利用提供依据。[方法]分析朝阳山区3种坡地的土壤含水量及8种自然灌木地下与地上的生物量比,评价其生态适应性。[结果]土壤含水量阴坡最大,阳坡最小,半阴坡居中,分别为3.47%、1.07%、2.19%。阳坡、阴坡、半阴坡中花木蓝的地下与地上的生物量比均最大,分别为5.441、3.120、3.900。溲疏阳坡的地下与地上生物量比是阴坡的2倍以上。万年蒿阳坡和半阴坡的地下与地上的生物量比明显高于阴坡的,紫丁香和土庄绣线菊却恰好相反。荆条、三裂绣线菊和胡枝子3种坡地的地下与地上的生物量比变化不大。[结论]花木蓝的生态适应性最强,溲疏和万年蒿抗旱性较强,适合生长在阳坡,紫丁香和土庄绣线菊适合生长在阴坡,荆条、三裂绣线菊和胡枝子在3种坡地都能良好生长。