华北典型植被根系抗拉力学特性及其与主要化学成分关系

为了解植被根系化学成分对根系力学性能的影响,该研究对华北地区常见的2种针叶树油松（Pinus tabulaeformis Carr.）和华北落叶松（Larix principis-rupprechtii Mayr.）以及3种阔叶树白桦（Betula platyphylla Suk.）、蒙古栎（Quercus mongolicus Fisch. ex Ledeb）和榆树（Ulmus pumila Linn.）5种树直径为0.75～7.65mm,共473根系进行了单根抗拉试验,并将拉伸后的根系按7个直径级归类后测定其纤维素含量、木质素含量、半纤维素含量及综纤维素含量。结果表明,5种树根系抗拉力范围为8～954 N,抗拉强度范围为6～53 MPa。不同树种间抗拉力、抗拉强度差异显著,从大到小依次为榆树＞白桦＞蒙古栎＞油松＞华北落叶松。抗拉力随直径增大以幂函数增大;抗拉强度随直径减小以幂函数和逆函数减小。根系的极限延伸率范围为6.95%～15.50%,不同树种间差异显著。5种树7个径级根系纤维素质量分数范围为20.09%～37.67%,木质素质量分数范围为18.03%～41.67%,半纤维素质量分数范围为1.29%～14.90%,综纤维素质量分数范围为26.20%～52.09%,木质素与纤维素质量分数比值（简称木纤比）为0.53～1.81。根系抗拉力与纤维素含量、半纤维含量、综纤维素含量正相关,与木质素含量、木纤比负相关;根系抗拉强度与纤维素含量、半纤维含量、综纤维素含量负相关,与木质素含量、木纤比正相关。但对于不同的树种,显著影响抗拉力、抗拉强度的化学成分不同。因此,根系中某一化学成分含量的变化并不能完全解释根系力学性能与直径的尺寸效应,或许根系其他内在因素如显微结构等也有着重要的贡献。     

Relationship between tensile properties and microstructures of three different broadleaf tree roots in North China

为了研究乔木单根抗拉性能与其微观结构和纤维的关系,为筛选合适的水土保持、边坡防护树种提供理论基础,对白桦、榆树、蒙古栎3种北方常见阔叶树种的根系进行了抗拉力、抗拉强度、根系解剖结构以及根系分子离析等一系列的试验,并运用多元回归的方法对两者之间的关系进行定量的分析。试验结果表明：3种阔叶树种的根系显微结构基本和其树材相同;根系显微结构中木纤维所占根系横截面积的百分比、韧皮部所占根系横截面积的百分比、木纤维的尺寸因素影响单根的抗拉特性;其中木纤维所占根系横截面积的百分比对单根抗拉力的影响因子最大且呈正相关,韧皮部所占根系横截面积的百分比对单根抗拉强度的影响因子最大且呈正相关;同时单根抗拉特性与木纤维的长度、木纤维的长宽比以及壁腔比均成正相关,但影响因子小于木纤维所占根系横截面积的百分比、韧皮部所占根系横截面积的百分比;3个树种中榆树在相同直径下的各项测定指标都高于白桦和蒙古栎,表现出单根具有更好的抗拉特性。研究结果可为固土护坡阔叶树种的选择提供参考。     

华北护坡阔叶树种根系抗拉性能与其微观结构的关系

为了研究乔木单根抗拉性能与其微观结构和纤维的关系,为筛选合适的水土保持、边坡防护树种提供理论基础,对白桦、榆树、蒙古栎3种北方常见阔叶树种的根系进行了抗拉力、抗拉强度、根系解剖结构以及根系分子离析等一系列的试验,并运用多元回归的方法对两者之间的关系进行定量的分析。试验结果表明:3种阔叶树种的根系显微结构基本和其树材相同;根系显微结构中木纤维所占根系横截面积的百分比、韧皮部所占根系横截面积的百分比、木纤维的尺寸因素影响单根的抗拉特性;其中木纤维所占根系横截面积的百分比对单根抗拉力的影响因子最大且呈正相关,韧皮部所占根系横截面积的百分比对单根抗拉强度的影响因子最大且呈正相关;同时单根抗拉特性与木纤维的长度、木纤维的长宽比以及壁腔比均成正相关,但影响因子小于木纤维所占根系横截面积的百分比、韧皮部所占根系横截面积的百分比;3个树种中榆树在相同直径下的各项测定指标都高于白桦和蒙古栎,表现出单根具有更好的抗拉特性。研究结果可为固土护坡阔叶树种的选择提供参考。     

广西松属10种木材纤维(管胞)的测定

对广西常见松属9种及1新种进行木材分离,分别测定管胞长度、直径、壁厚和木材气干密度、端面硬度,并统计管胞长宽比和壁腔比。结果表明,这10种松树都是长纤维范围,是造纸和钎维工业的优质原料。     

不同乔木根系的抗拉力学特性

为了揭示植被根系的固土力学机制,筛选合适的水土保持树种,选取华北地区5种常见乔木油松、蒙古栎、白桦、落叶松和榆树根系进行室内单根拉伸试验。结果表明,5种乔木根系极限抗拉力和直径之间存在显著的幂函数关系;油松和白桦根系抗拉强度随着直径增大以幂函数递减,蒙古栎、落叶松和榆树根系的抗拉强度随直径增大均以对数函数递减。拉伸过程中,根系对外界拉力的敏感性是在一定范围内的波动,5种乔木平均敏感性依次为白桦＞落叶松＞榆树＞油松＞蒙古栎。5种乔木根系不同直径的应力应变曲线特征参数不同,但均为单峰曲线,具有弹塑性材料特征,拟合曲线三阶抛物线模型能很好地反映其基本特征。不同树种不同直径的抗拉力学特征存在很大的差别,其内在原因还需要进一步的研究。     

华北落叶松根系抗拉力学特性

华北落叶松作为水土保持先锋植物之一,其根系的力学抗拉特性是维持边坡稳定的一个重要因素.为探究落叶松根系的基本抗拉力学性质,选取不同根长、直径以及去皮与否的华北落叶松根系,以不同的拉伸速率进行室内单根拉伸试验.结果表明:根长100 mm的带皮根系以10 mm/min的速率拉伸时,其根系的抗拉强度与直径无明显的相关性,而其他的条件下,根系的抗拉强度随直径的增加而减小,且呈逆函数关系;华北落叶松根系的应力-应变曲线为单峰曲线,无明显颈缩,呈弹塑性材料特征;根长、去皮与否都对根系的抗拉强度有显著的影响,而拉伸速率对根系抗拉强度的影响不明显.研究结果可为进一步分析华北落叶松根系与土壤之间的相互作用机制、建立边坡稳定模型提供基础数据.     

根系主要成分含量对根系固土效能的影响

选取中国北方两种常见树种油松(Pinus tabulaeformis)和元宝枫(Acer truncatum),对这两种树0.2~6mm直径的根系直径、根系抗拉强度、整根的根土复合体强度、根系3种主要成分含量(纤维素含量、半纤维素含量与木质素含量)进行测定。结果表明,随着根系直径的增加,植物根系半纤维素含量增高,纤维素含量与木质素含量降低,从而植物的抗拉强度降低。植物根系抗拉强度与纤维素含量、木质素含量成正相关关系,与半纤维素含量成负相关关系。因此,在排除根系结构影响的前提下,植物根系纤维素含量与木质素含量是导致不同植物种固土效果差异的直接原因。     

4种常见乔木单根拉伸的应力应变曲线分析

选取华北地区河北省北沟林场4种常见乔木油松、白桦、落叶松、蒙古栎进行拉伸试验,分析了直径、根长和拉伸速率对其应力应变曲线的影响。试验结果表明,乔木单根的应力应变曲线整体都为单峰曲线,没有出现明显的径缩现象,4种乔木的应力应变曲线都表现出弹塑性材料特征。相同加载条件,同一直径径级水平下,白桦和蒙古栎的抗拉力学性能比较接近,均具有较大的弹性模量、抗拉强度和较小的极限延伸率;油松和落叶松的力学性能接近,具有较小的弹性模量及抗拉强度和较大的极限延伸率。随着直径的增加,乔木根的弹性模量、极限延伸率和抗拉强度均降低。随着根长的增加,落叶松的弹性模量表现为下降的趋势,而其余3种乔木的弹性模量均表现出上升的趋势。极限延伸率、抗拉强度均与根长成负相关。速率的增加使得根系更容易被拉断破坏,白桦和落叶松的弹性模量、抗拉强度均与拉伸速率成负相关,极限延伸率与拉伸速率成正相关。     

模拟气候变化对2针叶树种种子萌发和幼苗生长的影响

气候变化影响林木早期生长,设置温度和水分的双因素三水平控制实验,研究山西气候变化对关帝山林区2种针叶树种种子萌发和幼苗生长的影响作用.结果表明,增温2℃和降水量增加20％利于这2树种种子出苗:出苗稳定期提前,出苗率提高;但增温6℃,降水减少20％时,种子出苗稳定期延迟,出苗率降低.气候变化对2树种的影响作用不同:华北落叶松对暖干化气候更敏感,增温或减少降水时,该种幼苗的死亡率大幅增加,苗高降低;温度和降水量变化对油松幼苗存活率和地上生长的影响作用不明显.降水量减少条件下的增温,促进华北落叶松和油松幼苗的主根和侧根伸长.发生土壤干旱时,华北落叶松和油松幼苗生长策略改变,优先满足根系生长.暖干化气候不利于华北落叶松种群的更新,生长季高温降低了幼苗适应性,即使降水量增加亦不能缓解.     

黄土高原8种树种蒸腾速率与日蒸散量比较

以侧柏、华北落叶松、油松、新疆杨、臭椿、核桃、枣树、榆树为研究对象,在2006年7月,对供试苗木进行定时的称重、蒸腾观测。一天中,其平均蒸腾速率的大小为：新疆杨〉臭椿〉华北落叶松〉侧柏〉榆树〉油松〉核桃〉枣树,日蒸散量的大小依次为新疆杨〉侧柏〉臭椿〉华北落叶松〉油松〉核桃〉枣树〉榆树,蒸腾速率大者蒸腾耗水不一定大,反之亦然。新疆杨、臭椿的耗水量较大;侧柏、落叶松和油松耗水量较少、抗旱性较强;榆树、枣树和核桃,耗水量居中,应大力提倡种植,且作为经济树种可增加当地群众的收入。