狗牙根根系抗拉性能对水淹时长的响应

为明确水淹胁迫下植物根系对水淹时长的响应特征，该研究以三峡库区消落带优势植物狗牙根根系为研究对象，以未水淹为对照，分析不同水淹时长下（0,15,30,60,90,120,150和180 d）狗牙根根重密度、根系活力及抗拉性能的变化规律，明确根系抗拉性能对水淹时长的响应规律。结果表明：随着时间的增加，对照组根重密度和根系活力基本无明显变化，而淹没组根重密度与根系活力均随水淹时长增加呈先急剧减小后缓慢减小的变化规律，水淹初期（15 d）减小量分别占根重密度和根系活力总减小量的65.15%和75.86%。水淹环境会明显降低狗牙根根系抗拉性能，根系最大抗拉力和抗拉强度均随水淹时长的增加而下降，180 d水淹分别造成根系抗拉系数和抗拉强度系数减小了59.46%和59.48%。不同直径根系对水淹的响应程度有所不同，根系最大抗拉力下降程度随其直径的增加而增加，0.6～0.7 mm直径狗牙根根系最大抗拉力下降幅度最大，达7.56 N，抗拉强度下降程度则随根系直径的减小而增加，0.1～0.2 mm直径狗牙根根系抗拉强度下降幅度最大，达36.42MPa。因此，水淹显著降低狗牙根根重密度、根系活力和抗拉性能...     

不同草本的根系分布特征及对土壤水分状况的影响

为明确草本植物根系对土壤水分性质的影响,以香根草[Vetiveria zizanioides(Lin.) Nash]、百喜草(Pas palum natatum)、狗牙根[Cynodon dactylon(L.) Pers.]和紫花苜蓿(Medicago sativaL.)为研究对象,用WinRHIZO(Pro.2004C)根系分析系统对根系进行扫描,用SPSS 18.0对根系、土壤物理性质指标、土壤持水量进行相关分析.结果表明,4种草本植物的根长密度随土壤深度的增加而减小,分布规律可用指数函数来描述;香根草和紫花苜蓿的根系主要分布在0-20 cm土层,百喜草和狗牙根的根系则集中在0-10 cm土层;随土壤深度的增加,土壤的总孔隙度、非毛管孔隙、贮水能力和饱和持水量逐渐减小,土壤容重则逐渐增大;根系主要是通过0.5 mm＜L(根系直径)≤1mm和1 mm＜L≤2rm径级来实现对土壤水分性能的改良.     

浦阳江下游江岸草本植物根系对土壤抗冲性的影响

采用7级目测法对浦阳江下游江岸草本植物进行了调研,筛选出了当地的优势草本,并对其根系密度、土壤抗冲性增强效应进行了分析,补充了植物根系对江岸土壤抗冲性影响的基础资料。研究发现:（1）浦阳江下游江岸的优势草本植物是狗牙根、水蓼、芦苇、芒、双穗雀稗;（2）5种草本植物根系（d≤1.0 mm）在土壤表层（0—30 cm）均有较多分布,根系密度随着土层的垂直分布深度增加而减少,其规律服从指数函数关系分布;（3）5种优势草本根系均能增强浦阳江下游江岸土壤的抗冲性,增强值分别如下:芦苇14.16,芒12.53,狗牙根5.39,双汇雀稗5.01,水蓼4.41。5种优势草本均能在浦阳江消落带植被构建中发挥土壤抗冲性增强效应,尤其是芦苇与芒的增强效应最为明显。     

土石山区护坡草本植物根系抗拉力学特性

为了解山西省土石山区护坡植物的根系抗拉力学特性,对比选择最适宜的水土保持物种.对其边坡上黑麦草(Lolium perenne L.)、香根草(Vetiveria zizanioides L.)、百喜草(Paspalum notatum Flugge)3种护坡植物的根系开展抗拉力学试验,研究3种植物根系最大抗拉力、极限抗拉强度以及弹性模量随直径及根长大小变化的规律.研究结果显示:根长一定时,3种植物的最大抗拉力随直径的增加而增加,单根极限抗拉强度随根系直径的增大而减小;而直径一定时,根系最大抗拉力和极限抗拉强度随根系长度的增大而减小;弹性模量值随着根径和根长增大呈下降的趋势.3种植物根系平均最大抗拉力关系为:香根草(16.258 N)＞黑麦草(11.734N)＞百喜草(4.891 N);平均极限抗拉强度关系为:百喜草(116.226 MPa)＞黑麦草(50.839 MPa)＞香根草(49.650MPa);平均弹性模量分别为:百喜草(20.392 MPa/mm)＞香根草(3.257 MPa/mm)＞黑麦草(3.245 MPa/mm).结果表明这3种植物中百喜草根系的固土能力最好,在选择最为适宜的水土保持物种时可优先考虑.研究结果可为土石山区水土保持研究提供一定的科学依据.     

青藏高原黄土区四种草本植物单根抗拉特性研究

为研究草本植物根系固土护坡的力学机理,对青藏高原西宁盆地黄土区的披碱草、细茎冰草、赖草、芨芨草4种草本植物进行了室内单根拉伸试验,分析了其单根抗拉特性。结果表明:生长2年的4种草本植物单根平均抗拉强度可达65MPa,单根抗拉力随根径的增大而增大;4种草本植物按单根抗拉强度大小排序为:芨芨草>细茎冰草>赖草>披碱草,单根抗拉强度与根径间呈幂函数或指数函数的关系,随根径增大而减小,表明草本植物须根对边坡表层防护具有重要的作用。     

蒙古栎根系单根抗拉力学特性

为探究蒙古栎根系的基本力学性质,对试验机夹具进行了改进并对根进行了预处理。选取直径范围为1~17 mm的蒙古栎根系在不同标距下进行了室内单根拉伸试验。结果表明,根系的抗拉力随直径的增大而增大,且呈显著的幂函数关系;抗拉强度随直径增加呈减小趋势;蒙古栎单根应力应变曲线在各个径级下皆为单峰曲线,呈弹塑性材料特征。说明蒙古栎通过其较强的抗拉性能和变形能力可对维持坡面稳定起到了积极作用。     

油松根系的固土力学机制

为深入了解林木根系固土力学机制,探讨不同条件下的根系固土作用,对油松根系进行了拉伸、拔出和根土复合体三轴试验。结果表明,油松根系的抗拉力随根系直径的增大成幂函数关系增加,而抗拉强度随直径的增大无明显变化规律;根系受拉的应力—应变曲线特征参数不同,以二次多项式模型拟合效果最好,均为单峰曲线,具有弹塑性材料的特征,极限应力和极限延伸率的大小与根系直径无明显的关系;根土界面最大摩擦力随着根径的增加呈现出近似线性的增长趋势。根径越大,根系越深,根土界面摩擦力就越大,进而对土壤的摩擦锚固作用就越强。相同根径时,根土复合体的抗剪强度随围压的增加而增大。相同围压下,根土复合体的抗剪强度随着根径的增加而增大。相同的根径和围压下,垂直埋根方式的根土复合体抗剪效果好于水平埋根方式。     

三峡库区紫色土坡耕地草本地埂植物根系分布及抗拉力学特征

[目的]探究三峡库区紫色土坡耕地3种草本地埂植物根系分布及抗拉特征,为揭示地埂植物根系固结地埂提供理论依据和数据支持。[方法]以三峡库区自然恢复的蓑草、人工种植的韭菜和蚕豆这3种草本地埂植物根系为研究对象,对比分析其根系在不同地埂土壤深度的分布规律及根系抗拉特性。[结果](1)在0—40cm深度土壤中3种草本地埂植物根系直径变化表现出:蚕豆根系韭菜根系蓑草根系。3种草本地埂植物根系直径与地埂土壤的土层深度间服从指数函数关系。(2)在0—40cm地埂土层深度范围内,韭菜根系生物量与蓑草根系和蚕豆根系生物量之间存在显著性差异(p0.05),韭菜和蚕豆地埂植物根系生物量随土层深度的增加而逐渐减小,蓑草地埂植物根系生物量随土层深度的增加先增加后减小。(3)3种草本地埂植物根系的单根平均抗拉力次序为蚕豆根系(10.53N)蓑草根系(6.03N)韭菜根系(4.51N),3种地埂植物根系单根抗拉力与根径呈幂函数关系(p0.05)。3种地埂植物根系的抗拉强度表现为蓑草根系(45.91 MPa)蚕豆根系(18.02MPa)韭菜根系(12.20 MPa)。(4)3种草本地埂植物根系黏聚力变化顺序为:蓑草根系(0.013 1kPa)蚕豆根系(0.009 4kPa)韭菜根系(0.005 5kPa)且3种地埂植物根系黏聚力与土层深度呈指数函数关系(p0.01)。[结论]自然恢复的蓑草地埂在三峡库区较其他两种人工种植的地埂植物有更好的固结地埂效果,从而有效控制坡面土壤侵蚀和水土流失。草本植物固结地埂可为三峡库区坡耕地治理提供新思路。     

浅层滑坡生物治理中的乔木根系抗拉实验研究

通过对野外选取的合欢根系的抗拉试验，及在合欢林地的抗拉拔实验，研究了根系的最大抗拉强度和抗拉拔强度。结果表明，根系最大抗拉强度与根系直径成指数函数关系，最大抗拉力与根系直径成正相关关系，根系抗拉拔力可以和根系直径、根长、土壤容重建立回归方程，从而可以求得根系与周围土体之间的静摩擦系数。     

大型水库消落带2种典型耐淹草本植物单根抗拉力学特性

研究水库消落带2种典型固土护坡草本的单根抗拉力学特性,可为明确草本根系固土护坡的力学机制提供依据。以狗牙根(Cynodon dactylon)、苍耳(Xanthium sibiricum)2种草本植物为对象,通过室内单根拉伸试验,对比观测了不同根径级别条件下单根的抗拉力、抗拉强度、极限延伸率和弹性模量,分析了各力学特性指标与根径间的拟合关系,并探讨了单根拉伸试验过程中的应力—应变特征。结果表明:(1)狗牙根单根抗拉力平均值大于苍耳,在0.30～0.50 mm和0.90～1.00 mm根径范围内两者达到显著性差异(p0.05),狗牙根单根抗拉力分别比苍耳的大28.06%和9.95%;(2)狗牙根单根抗拉强度平均值是苍耳的1.08倍,在0.40～0.50 mm和0.90～1.00 mm根径范围内两者达到显著性差异(p0.05),狗牙根单根抗拉强度分别比苍耳大24.10%和18.72%;(3) 2种草本单根抗拉力和单根抗拉强度随着根径增大,分别呈幂函数增长和幂函数降低关系;(4) 2种草本单根均呈弹塑性材料特征,单根拉伸过程中的应力—应变关系表现为弹性变形、弹塑性变形、塑性变形和突然断裂4个变化阶段,单根弹性变形阶段的极限拉应力约占极限抗拉强度的50%～70%;(5)狗牙根单根极限延伸率显著大于苍耳(p0.05),分别为(23.59±0.44)%和(14.54±0.38)%,与之相反,狗牙根单根弹性模量显著小于苍耳(p0.05),分别为(474.79±13.82)MPa和(540.77±14.21)MPa。整体来看,草本单根抗拉力学特性与植物类型、根径大小密切相关,狗牙根单根抗拉力和单根抗拉强度均大于苍耳,其单根抵抗外界拉伸作用的能力强于苍耳,说明狗牙根具有更强的固土护坡能力。     

狗牙根和牛鞭草的消浪减蚀作用

剧烈的土壤侵蚀和库岸坍塌是三峡水库消落带的主要生态环境问题之一,而植被恢复是治理消落带的关键措施之一,植物的消浪固土能力是消落带适宜植物配置的重要依据。为了探讨三峡水库消落带典型草本植物狗牙根(Cynodon dactylon(L.)Pers.)和牛鞭草(Hemarthria altissima(Poir.)Stapf et C.E.Hubb.)的消浪减蚀效应,进行了植物消浪和波浪冲刷的水槽概化模拟试验。结果表明,2种植物的消浪效应有较大差异,在周期较长(1.2~1.5 s)时狗牙根平均消浪系数为0.54,明显高于牛鞭草(0.37);而在周期较短时(0.8~1.0 s)则2种草本消浪性能相当,消浪系数均介于0.15~0.30之间。在同样的试验条件下,狗牙根、牛鞭草平均侵蚀模数分别为17.63、57.28 g/(m2·min)。2种草本的减蚀效应均在89%以上,最高可达98.59%。植物的减蚀效应是其地上部分和地下根系的综合作用结果,其中牛鞭草根系的固土贡献率在91%以上,而地上部分仅为7.4%~8.6%;狗牙根根系固土贡献率(71.2%~76.2%)显著低于牛鞭草,但其地上茎干部分贡献率(23.8%~28.8%)要显著高于牛鞭草(P0.05)。可见2种植物都有较好的消浪减蚀效应,总体上狗牙根的消浪能力和综合减蚀效果均要略强于牛鞭草。波浪大小和周期、植被盖度、植物地上部分和根系形态对消浪减蚀效应有重要影响。该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的参考依据,并可适当的推广到其他水库或湖泊消落带。     

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。     

狗牙根护坡不同实施处理方式下堤坝产流产沙特征

研究狗牙根护坡实施处理方式对堤坝水土流失过程的影响,对于科学指导堤坝生物护坡与控制水土流失具有重要的意义。采用人工模拟降雨方法,对淮河大堤狗牙根护坡成坪处理、栽植处理、茎植处理和种植处理4种不同实施处理方式的径流、泥沙在不同降雨条件下的水土流失特征进行研究。结果表明:不同实施处理方式下的堤坝径流和泥沙流失差异明显;不同降雨强度条件下,栽植处理产流量小,但产沙量明显高于茎植处理和成坪处理,茎植处理产流量大,产沙量小,具有减沙不减流的特点,种植处理产流产沙量大,且随着降雨强度的增强而明显增大。研究结果可为选择狗牙根堤坝护坡实施处理方式提供参考。     

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.     

紫花苜蓿和马唐根的生物力学性能及相关因素的试验研究

选择固土护坡植物时,植物根的抗拉强度是一项重要的力学指标。对豆科的紫花苜蓿和禾本科的马唐根的抗拉力和纤维素含量的研究表明,根的抗拉强度和纤维素含量均与直径呈显著的负相关关系,根的抗拉强度与纤维素含量呈正相关关系,表明“木本植物根的抗拉强度、直径和纤维素含量关系”的研究结论在这两种草本植物上也同样适用。对紫花苜蓿和马唐根的抗拉强度与其“木质素/纤维素”之间关系的研究表明,两者呈负相关关系,证实纤维素含量对于维持根抗拉强度的作用大于木质素含量。研究发现,豆科紫花苜蓿根的应力-应变为对数函数关系,不符合胡克定律,马唐根的应力-应变关系的本构方程基本遵从胡克定律。直径愈小,紫花苜蓿和马唐根的应力—应变关系对应变率敏感程度愈高,根的极限延伸率愈大。另外,根的抗拉力和直径测试设备的改进,实验结果更准确可靠。这方面研究对揭示植物根系提高土壤抗冲击性和抗剪强度机理,更好地进行水土保持植物的选择和优化组合具有重要意义。     

三江并流区水库消落带5种草本根系形态及抗拉特性

为揭示三江并流区水库消落带5种草本植物在浅层土壤中的根系形态及抗拉力学特性,筛选消落带优势固土草本,以澜沧江黄登水库消落带的花叶芦竹(Arundo donax var.versicolor)、风车草(Cyperus alternifolius L.)、美人蕉(Canna indica L.)、菖蒲(Acorus calamus L.)和芦苇(Phragmites communis Trin.)为对象,分析了根系形态,并进行室内单根拉伸试验。结果表明:(1)5种草本根系都发育良好,花叶芦竹和风车草根系的所有形态指标都位居前二,根系较为发达; 5种草本直径大于1 mm的根系长度、表面积和体积在各自总根系中占比最大,且除芦苇外,其余4种草本直径大于2 mm的根系体积占比最大,达到58.53%～92.86%。(2)5种草本根系的平均抗拉力、抗拉强度以花叶芦竹(33.04 N,34.33 MPa)最大,美人蕉(10.26 N,7.54 MPa)最小,根系抗拉力、抗拉强度分别随直径增大呈幂函数增大、减小。(3)5种草本根系平均极限延伸率以菖蒲(24.28%)最大,美人蕉(8.20%)最小; 平均杨氏模量以花叶芦竹(313.44 MPa)最大,菖蒲(70.47 MPa)最小,根系杨氏模量与直径呈幂函数负相关。综上,5种草本都适应了研究区环境,均可作为黄登水库消落带植被重建的候选物种; 直径大于1 mm的根系是5种草本根系的主体,直径大于2 mm的根系整体上对体积贡献最大; 花叶芦竹不仅根系发达,且其抵抗拉伸作用的能力最强,固土能力最强,是黄登水库消落带水土保持的优势草本。研究结果可适当推广到三江并流区和其他水库消落带。     

种植草本植物狗牙根改良滨海黏性盐碱地的研究

本文主要研究草本植物（狗牙根）的种植对滨海重度黏性盐碱地的生态改良成效。针对江苏连云港市徐圩新区重度黏性盐碱地特点,采集种植了一年狗牙根的土样与裸地对照土样,通过原位田间试验分析种植狗牙根对重度黏性盐碱土的改良效果和机制。结果表明：在重度黏性盐碱地种植狗牙根可以降低土壤盐分、土壤pH、Ca2+、K+、Mg2+、Na+、Cl-浓度,增加土壤吸湿水、有机质、速效磷与速效钾含量,同时还可以增加土壤微生物群落多样性和丰富度。研究结果说明种植草本植物（狗牙根）对重度黏性盐碱土壤的盐碱障碍消除和地力提升效果明显,改良成效卓著。     

甘肃天水浅表层滑坡易发区滑坡分布与植被根系特征

为探究甘肃天水浅表层滑坡易发区滑坡分布特征与植被的关系，选取典型滑坡区域和典型植被类型进行研究。油松、华山松、日本落叶松和锐齿槲栎为研究区内典型乔木类型，针对种间根系分布特征和力学特性展开研究。首先，通过无人机获取区域不同植被类型分布，统计得到不同林分类型下的滑坡密度；其次，通过剖面法调查0—100 cm土层深度内的根系数量与直径分布，进行了单根抗拉试验测得抗拉强度，并分层量化为根系附加黏聚力；最后，结合林分调查结果和岩土体力学性质，计算不同植被类型边坡在不同水分条件下和坡度下的安全系数。结果表明：（1）在滑坡高密度区和滑坡低密度区，油松×华山松林地的滑坡密度均高于日本落叶松×锐齿槲栎林地；（2）锐齿槲栎根系数量、分布深度和单根抗拉强度显著高于油松、华山松和日本落叶松，其根系垂直分布深度超过100 cm，抗拉强度最大可达（32.551±7.551） MPa，0—100 cm土层深度内提供的平均附加黏聚力达9.364 kPa；（3）当岩土体处于饱和的极端降水条件时，油松、华山松、日本落叶松对坡体稳定的作用效果为负，而锐齿槲栎能有效加固边坡，在当地具有防治浅表层滑坡的良好功能。