不同生育期小麦根系固土力的原位测定

 农作物在生长过程中其根系对土壤的固持作用可以减轻坡地土壤的水土流失,测定农作物根系对土壤的固持力可以从一个方面评价不同作物的水土保持作用。本研究以云南主要农作物小麦为例,应用锚杆拉力计和自行设计的原位测定剪切箱对不同生育期的小麦根系固土力进行了原位测定。结果表明：处于分蘖期,抽穗期和成熟期的小麦,在施加载荷初期,被测样方都会发生弹性形变,荷载与位移都按比例增加,呈现一定的线性关系。当载荷超过根系抗拉极限后,随着推力的继续增加,样方发生塑性形变和蠕变,载荷与位移关系逐渐偏离直线,反映出非线性弹性特征,测定的土壤样方与土体分离。不同生育期小麦根系固土力大小顺序为：成熟期>抽穗期>分蘖期     

油菜根系固土拉力的原位测定研究

应用锚杆拉力计和自行没计的剪切箱对不同根系密度的油菜根系固土能力在10 cm深度进行了原位测定.结果表明,当施加载荷达到3.5 kN时,生长有油菜的土壤样方1(根系密度为1.11 kg/m3)位移为38.0mm,生长有油菜的土壤样方2(根系密度为0.57 kg/m3)位移为46.0 mm,而裸土样方位移为49.7 mm.土壤样方内根系密度越大,达到土壤样方与土体分离的特征点所需要施加的载荷就越大.土壤样方1的屈服拉力点为3.5 kN,抗拉极限点为4.0 kN;而土壤样方2的屈服拉力点为3.1 kN,抗拉极限点为3.5 kN.该测定方法可以在水土保持上作为评价不同作物(植物)固土能力的有效参考手段.     

油菜根系固土拉力的原位测定研究*

 应用锚杆拉力计和自行设计的剪切箱对不同根系密度的油菜根系固土能力在10cm深度进行了原位测定。结果表明,当施加载荷达到35kN时,生长有油菜的土壤样方1（根系密度为111kg/m3）位移为380mm,生长有油菜的土壤样方2（根系密度为057kg/m3）位移为460mm,而裸土样方位移为497mm。土壤样方内根系密度越大,达到土壤样方与土体分离的特征点所需要施加的载荷就越大。土壤样方1的屈服拉力点为35kN, 抗拉极限点为40kN;而土壤样方2的屈服拉力点为31kN,抗拉极限点为35kN。该测定方法可以在水土保持上作为评价不同作物（植物）固土能力的有效参考手段。     

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。     

三种产业沼气作物根系固土力的原位测定和模型预测

本研究采用野外剪切试验和室内抗拉试验的方法,对杂交狼尾草、黑麦草和紫花苜蓿这3种沼气作物的根系固土能力进行研究。结果表明：（1）在地下10 cm深处杂交狼尾草、黑麦草、紫花苜蓿根土体的抗剪强度分别是素土的2.05、1.34、1.76倍。20 cm深度处分别是1.94、1.17、1.75倍。在10 cm和20 cm深处根系提高土体抗剪强度值均为杂交狼尾草 紫花苜蓿 黑麦草,从根系固土能力的角度看,可优先种植杂交狼尾草作为沼气作物。（2）3种产业沼气作物根系抗拉强度与直径存在幂函数负相关关系。3种植物根系抗拉强度的平均值为黑麦草（69.78 MPa） 杂交狼尾草（67.57 MPa） 紫花苜蓿（56.36 MPa）。（3）WU和WALDRON模型预测的作物根系增大土体抗剪强度值,在地下10 cm深处比实测值大1.49倍到5.48倍,20 cm深处大1.90倍到5.93倍,两种深度紫花苜蓿的模型预测值与实测值最为接近。     

三峡库区几种耐水淹植物根系力学特征与土壤抗剪强度

为明确耐水淹植物根系的力学特征及其对土壤抗剪强度的增强效应,研究了10种耐水淹植物根系的根体积密度、不同径级的最大抗拉力,计算了各物种根系的平均抗剪强度、对土壤的抗剪强度理论增强值,并测量了根系对土壤的抗剪强度实际增强值。研究发现:1不同耐水淹物种根系的平均最大抗拉力和平均抗剪强度差异较大,它们的值分别在4.25~14.81 N及6.55~28.94 MPa之间,其中,甜根子草的平均最大抗拉力最大,达到了14.81 N,显著高于其他所有物种;狗牙根和香附子有较大的平均抗剪强度,分别为28.94和22.06 MPa,显著高于其他物种,而空心莲子草最低。2不同物种根系的最大抗拉力随根系径级的增加而增大,其关系均符合幂函数方程y=axb(P0.001);3不同物种根系的抗剪强度随径级的变化而变化,除卡开芦、牛鞭草和秋华柳外,其变化特征符合方程y=a+bx+cx2(P0.05);4不同物种的根系对土壤抗剪强度的增强值不一样,就理论值而言,香附子增加值最大,其值为1.16 MPa,显著高于其他物种,其次为荻和香根草等;从实际测量值来看,香附子对土壤抗剪强度增加值也最大,其值达到了27.52 MPa,显著高于其他物种,其次为荻和香根草等。结果表明,植物根系的最大抗拉力及抗剪强度与根系的径级关系密切;根系对土壤抗剪强度的增强值与根系的抗剪强度密切相关,实际应用Wu-Waldron模型还需考虑其他因素的影响;香附子具有较强的增强土壤抗剪能力,其次为荻和香根草等,空心莲子草和狗牙根的增强作用相对较弱。     

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。     

灌木与草本植物护坡效应

灌木与草本植物结合的护坡技术是解决保持水土、稳定边坡、美化环境等综合效益的最佳护坡途径之一。主要阐述了灌草植物护坡的条件属种选择依据,分析了灌草植物结合护坡效应,并介绍了灌草植物结合护坡的组合搭配原则。     

植物根系对边坡防护的力学效应研究

比较了植物护坡和工程护坡的优劣,建立了植物根系和坡面土层相互作用的理论计算模型,着重研究了植物根系对坡面土体的加筋作用。     

玉米根系原位固土力学特性研究*

 通过采用自制的剪切箱和锚杆拉力计对玉米（云瑞8号,Zea mays.L）根系在10cm和20cm两个深度上和空地样方的固土能力进行了原位测定比较。结果表明,施加相同载荷时,两种深度空地样方位移大于有根玉米样方;20cm深度样方位移为4个样方中最小。作物扎根越深,达到剪切分离样方特征点所需的载荷越大。10cm玉米样方屈服拉力点载荷为2.7kN,抗拉极限点载荷为2.9kN;20cm玉米样方屈服拉力点载荷为3.6kN,抗拉极限点载荷为3.61kN;10cm空地样方两点载荷分别为2.3kN和2.5kN;20cm深度空地样方载荷分别为3.1kN和3.4kN。该方法可直接量化测定玉米根系固土能力,为农业水土保持提供了有效研究手段。     

基于离散元法植物根系对黏性土坡稳定性的影响

针对传统有限元方法不能够从细观尺度研究植被固坡作用的问题,采用离散元模型结合强度折减法,研究植被护坡位置对黏土边坡稳定性的影响。模拟结果表明:1)应用离散元模型结合强度折减法得到的无护坡情况下边坡安全系数为1.08,应用有限元模型得到的安全系数为1.09,表明采用离散元模型结合强度折减法分析边坡稳定是可行的;2)植被护坡位置对黏土边坡稳定性具有不同程度的影响:仅在坡面、坡脚或者坡顶种植植被时,植被对边坡的稳定性影响很小;3)当在坡面与坡脚或者坡顶与坡底都种植植被时,植被对边坡的稳定性具有较大影响,且当在坡顶、坡面和坡底全都种植植被时,对边坡稳定性的影响最大,边坡稳定性最高。研究结果为实际工程中植被护坡铺设位置的选择提供了相应的理论依据。     

公路边坡植物群落多样性与土壤因子耦合关系

为促使高速公路边坡植被群落正向演替,探究植物群落多样性与环境因子的响应关系,以山东省青临高速公路16种典型绿化护坡类型为例,选取代表植物群落、地形条件和土壤特性的指标,运用冗余分析法揭示植被重建后群落多样性与环境因子的关系,并运用灰色关联度构建不同护坡模式下植被-- 土壤耦合模型。结果表明:1)各类环境因子共同解释了公路边坡植物多样性变异信息的87.599%,土壤理化性质的解释度最高,达到69.539%;2)多样性指数对土壤作用的反馈程度排序为Margalef指数＞Shannon-Wiener指数＞Simpson指数＞Pielou指数;3)与群落多样性平均关联系数大于0.65的土壤因子排序为速效磷＞全磷＞全氮＞全钾＞有机碳,属于较强关联;4)公路边坡植被-- 土壤的耦合协调程度以弱协调和中等协调为主,耦合度排序为土质边坡＞岩质边坡＞岩土混合边坡。该研究可为山东省乃至华北地区公路边坡植被恢复提供参考依据。      

施肥对公路边坡植被建植影响的研究

试验通过施肥处地对公路护被土壤进行改良和植被建植,观察其植被密度、盖度、株高、生物景的变化,探讨快速形成边坡植被方法的理论依据,结果表明,大风坝地区紫色岩石土壤的最佳改良肥料配方为：24g／m2有机肥十90g／m2N、P、K复合肥十20g／m2钙磷肥作基肥施用。     

护坡木本植物根系的力学特性及其与细胞壁成分的关系

为研究人工边坡立地条件下木本植物根系固土护坡的力学机制,以京承高速(3期)边坡为例,对榆树、紫穗槐、刺槐、胡枝子4种木本植物共395个根样进行室内单根拉伸试验,然后按5个根系径级分类并分别测定其半纤维素、纤维素、木质素含量,系统分析植物根系材料的力学性能。结果表明:4种木本植物根系直径为0.95~5.42 mm,抗拉强度为7.66~36.94 MPa,抗拉力为22.18~464.50 N。4种植物之间抗拉力、抗拉强度差异显著,从大到小依次为榆树＞紫穗槐＞胡枝子＞刺槐,根系抗拉力随根系直径增大以幂函数增大,抗拉强度随根系直径增大以逆函数或幂函数减小。4种木本植物5个径级根系半纤维素质量分数为1.37%~29.26%,纤维素质量分数为20.57%~36.91%,木质素质量分数为15.12%~29.84%,综纤维素质量分数为28.18%~66.17%,木纤比比值为0.45~1.31。不同树种间及不同径级根系间细胞壁成分差异显著。根系抗拉力与木质素显著负相关;抗拉强度与木质素正相关,与半纤维素负相关。根系拉伸的应力--应变曲线随树种根系结构组成的不同而不同。单根拉伸的应力--应变特征初始阶段为线性关系,拉力继续增大会逐渐表现出塑性特征,根系最大应力随直径增大而减小。综合4种植物的抗拉特性,榆树和紫穗槐的护坡作用较大。      

岩石边坡喷播植草护坡工程的抗侵蚀效应

利用人工模拟降雨试验,从泥沙与养分流失的角度,对岩石边坡喷播植草护坡工程抵抗降雨侵蚀效应进行了研究,对侵蚀量与降雨强度、坡度、播种量及草的生长发育程度之间的关系进行了定量分析,揭示了岩石边坡喷播植草护坡工程抵抗降雨侵蚀的特征.结果表明:除降低雨滴动能外,坡面草本植被层具有明显的分流作用,降低了到达坡面的有效降雨量;泥沙与养分侵蚀量随坡度和播种量的增大而减少,随降雨强度的增加而增大,侵蚀量与试验因子间存在显著的函数关系,且抵抗降雨效应随草的生长发育程度表现出明显的时间动态特征;在高雨强下,基质的泥沙与养分流失量仍处于较低水平,表明岩石边坡喷播植草护坡工程具有较好的抵抗降雨能力.      

Establishing an integrated mechanical model of root tensile strength—taking four common arbor species in North China for example

抗拉强度是建立边坡稳定模型时最常使用的植被根系特性之一。为建立根系抗拉强度的力学综合模型,对华北地区4种常见乔木油松、白桦、落叶松和蒙古栎的单根依照不同标距、不同拉伸速率进行了拉力试验。试验数据的分析结果表明：所有根系抗拉强度的观测值均通过正态检验;从数学角度出发,应用聚类分析方法,区分出4种乔木的极细根和细根;标距、树种对抗拉强度影响显著,拉伸速率对抗拉强度影响不显著。在理论推导和数据分析的基础上建立了乔木单根抗拉强度的力学综合模型,并对模型参数进行求解。该研究探明了单根抗拉强度的作用机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考价值。     

土壤机械阻力对草地早熟禾根系生长的影响

该文研究了不同沙土配比根系层在干湿状态下土壤机械阻力的变化规律,以及对草地早熟禾根系生长的影响。试验将沙土配比设为11个处理,即m(沙)∶m(沙＋土)从0～100%,每10%为1个梯度。结果表明:处于湿润状态下的土壤机械阻力低于干燥状态下的,随含沙量的增加,两种状态下土壤机械阻力均呈现中间高两边低的变化趋势,在含沙量为50%～60%（即沙粒含量70%～80%）时,土壤机械阻力达到最大值;随含沙量增加,根系生物量及根冠比先降后升,根系总长度、根系表面积及根尖数与沙粒含量均呈显著的指数函数关系,表明含沙量增大到一定程度时,对于根系分蘖、增加根系总量具有促进作用;根系平均直径随沙粒含量增加,呈现先增加后降低趋势,在含沙量为40%～50% (即沙粒含量60%～70%)达到最大值,与土壤机械阻力呈线性正相关。      

顺德裸露石质边坡复绿植物多样性及群落演替分析

采用乔灌草配置模式(复层群落结构为乔木+小乔木+灌木+矮灌木+草本)对广东省顺德区大良街道大睡牛岗和大富山两座滑坡山体石质坡面进行复绿,复绿(1.5～2.0年)后,调查两座滑坡山体石质边坡复绿植物的种类组成、群落特征(复层群落结构、群落数量特征、多样性指数)和周边原生植被对岩质边坡复绿植被的影响,研究两座滑坡山体石质边坡复绿效果.结果表明,两座复绿边坡15个样方共112个物种(草本31种、灌木33种,乔木48种),分属45科96属,其中87种为人工栽植的乔灌草;复绿边坡中的常绿木本:落叶木本为4.3:1;丰富度指数(R0)、Simposon指数(D)、Shanna-Wiener (H’)、Pielou(E)指数为乔木＞灌木＞草本.大睡牛岗岩质边坡植物种类丰富,群落数量特征、多样化指数、复层植物群落结构和邻近原生植被对复绿边坡的边缘效应影响均优于大富山.     

林木根系固土作用数值分析

林木根系的固土作用是通过影响土体的应力、应变(位移)状态来实现的.该文将根土复合体看作是由土体、根系以及土体与根系之间的接触单元所联系起来的有机体,采用Duncan-ChangE-μ模型和非线性界面单元模型对根系固坡问题进行了应力应变分析,以油松为对象,模拟了油松根系与黄土相互作用的应力场,探索了有限元数值分析方法在根系固土机理研究领域的应用.研究结果表明,根系能使坡面表层的应力传递到土层深层,并弱化一定深度土层土体的应力,尤其是根底边缘附近的浅层土体应力减小的幅度较大,表明根系固土的影响范围局限于土体浅层.采用有限元法计算坡面在无林与有林两种条件下的边坡安全系数分别为1·821和1·984,有油松根系存在的边坡其安全系数比天然边坡计算的安全系数提高了10%,说明根系具有一定的固土作用.     

离体根呼吸研究及其在原位根呼吸测量中的应用

运用动态根箱方法,室内测量了马尾松和黄果厚壳桂离体根呼吸随离体时间的变化和在不同CO2浓度下根呼吸速率,并用根离体法在野外测量了鼎湖山针阔叶混交林根呼吸速率。结果表明,根离体后呼吸速率迅速下降,离体30 min后根呼吸速率为未离体时的50%左右,细根呼吸速率高于粗根,且下降速率高于粗根;CO2体积浓度在2 500×10-6条件下离体根呼吸速率为在400×10-6浓度下的33%左右。鼎湖山针阔叶混交林根呼吸速率雨季高于旱季,分别为(127±50)、(84±21)mg.m-2.h-1,主要与温度、土壤含水量和植物生长季节有关。