黄土丘陵沟壑区刺槐动态固坡效应

植被能够有效提升浅层坡体的稳定性和抗蚀性。为了初步定量评估浅层滑坡易发的黄土丘陵沟壑区植被固坡作用在自然条件下的动态变化结果,以黄土丘陵沟壑区主要造林树种刺槐为例,考虑植被固坡的根系机械作用和水文作用在2017年全年自然条件下的动态变化。通过挖掘根系剖面对根系截面积分布进行调查,单根抗拉试验测试根系抗拉强度,以利用Wu模型对刺槐根系的附加黏聚力进行计算;通过现场调查确定研究样地与植被水文作用相关的参数,室内入渗试验和土壤离心试验获取土壤的水力学参数,利用生态水文领域水分运移软件Hydrus-1D对刺槐植被坡体水分的运移进行瞬态分析;最终基于变饱和条件下的无限斜坡模型对坡体的稳定性进行分析,并分别计算刺槐根系机械作用和水文作用对坡体稳定性的动态贡献率。结果表明:(1)刺槐根系机械作用对20,40,60 cm深度处浅层坡体的稳定性提升196.56%±28.08%,106.74%±13.19%,20.61%±2.43%,同时机械作用的贡献率还具有一定波动性;(2)刺槐在生长期内,通过林冠截留拦截70.2 mm的降雨量,蒸腾耗水作用改变坡体土壤含水量和吸应力,有效地提升坡体稳定性;(3)根系机械作用的贡献全年均存在,且波动性较水文作用贡献率的波动性小,但水文作用的贡献主要发生在刺槐的生长期,且水文贡献率的部分峰值较机械作用的贡献率大。研究结果进一步揭示了黄土高原丘陵沟壑区刺槐植被坡体在自然条件下的动态变化过程。     

贺兰山云杉林根土复合体提高边坡稳定性分析

为了研究贺兰山青海云杉林(Picea crassifolia)边坡根土复合体对边坡稳定性的影响,该文在直剪试验、三轴试验等获得的土壤参数基础上,建立了基于有限元理论的贺兰山青海云杉林边坡稳定性计算数值模型,并在5种坡度条件下(18.43°、21.80°、26.57°、33.69°、45.00°)计算了无林边坡和有林边坡的安全系数、最大塑性应变、最大位移、破坏时间及它们的增长率随坡度的变化规律,并计算了土壤强度参数摩擦角、黏聚力、剪胀角与安全系数的灰色关联度矩阵和平均关联度。结果表明:1)无林边坡与有林边坡的安全系数随坡度的变化规律是一致的,都以幂函数递减。有林边坡相对于无林边坡安全系数的增长率以指数函数增加,且坡度越陡根土复合体对边坡稳定性的提高作用越强;2)根土复合体的存在可以延长边坡的破坏时间,有林边坡的破坏时间均高于无林边坡,根土复合体提高边坡破坏时间的增长率随坡度的增大呈抛物线增加,且坡度越陡提高作用越明显。边坡破坏时有无塑性贯通区会明显改变最大塑性应变、最大位移、破坏时间的值;3)摩擦角、黏聚力、剪胀角3个土壤强度参数中,黏聚力是影响边坡稳定的主导因素,摩擦角、剪胀角的影响次之,此规律不受边坡坡度的影响,这是根土复合体可以显著影响边坡稳定性的根本原因之一。该文的研究结果对于解释森林根土复合体加固边坡作用的本质、推进边坡稳定性计算的数值模拟、防治贺兰山浅层滑坡及水土流失灾害都具有重要的意义。     

晋西黄土丘陵沟壑区沟坡防护林造林技术研究

本文根据多年试验和调查资料，通过对土壤水分和当地具有代表性的树木－－刺槐活立木解析资料的分析，划分出晋西黄土丘陵沟壑区的沟坡造林立地条件类型邓黄土阴沟坡、红土阴沟坡和黄土、红土阳沟坡三种立地类型在此基础上，根据引种、造林试验和调查资料，得出了不同立地条件下的适宜造林树种；即刺槐、柠条、油松、侧柏等；最后根据试验和推广情况，从整地，苗木栽植等方面提出了六种实用造林技术，如深坑栽植、油松丛植，集流林业     

山东干旱瘠薄山地造林新技术试验

 在山东干旱瘠薄山地,应用平衡根系无纺布容器育苗、乔灌藤科学配置、鱼鳞坑整地、水平阶整地、梯田整地、灌草覆盖、保水剂和常规技术（穴状整地）8种造林技术,对9个树种的造林成活率、栽植初期新梢生长量和侧柏（Platycladus orientalis）苗造林成本进行比较分析。结果表明:应用平衡根系无纺布容器育苗等7种技术与常规技术（穴状整地,对照）相比较,9个树种的平均成活率提高2.612.7百分点,栽植当年平均新梢生长量增加5.936.3百分点,应用平衡根系无纺布容器育苗技术造林成本降低9.3百分点,其他6种技术比常规技术（穴状整地,对照）的造林成本增加6.2158.4百分点。应用平衡根系无纺布容器育苗作为新的造林技术,在8种造林技术中,不仅造林成活率最高,在造林之初的新梢生长量亦最大,而且造林成本最低。     

西南山区云南松根土复合体力学特性及其对浅层坡体稳定性的影响

[目的] 探究西南山区云南松根土复合体力学特性及其对坡体稳定性的影响，为该区浅层滑坡机理认识，识别预警与防治等提供理论基础与数据支持。 [方法] 以四川省凉山州中研究极为缺乏且与浅层滑坡密切相关的云南松根系为研究对象，开展根土复合体抗剪强度试验和FLAC 3D边坡安全系数数值模拟，探究了不同根系密度、根系分布方式与土壤含水量组合下乔木根土复合体的力学性质及浅层边坡稳定性。 [结果] 较高的植物根系密度可明显提高土体的抗剪强度，与素土相比，黏聚力、内摩擦角提高比例分别高达45.5%，9.6%。然而，根径与根系抗拉强度却呈显著的幂函数负相关关系(p＜0.05)，根径低于2 mm的细根抗拉强度最强；同时，乔木根系水平或垂直分布方式下，土壤含水量的增加均会降低土体的抗剪强度，不利于边坡稳定，而乔木交错分布最有利于提高土壤的抗剪强度和边坡稳定性。 [结论] 乔木根系的高密度发育，复杂交错分布，细根丛生等特点对提高根土复合体抗剪强度与边坡稳定性具有重要作用，适度地增加边坡植被覆盖是控制浅层滑坡发生的重要措施之一。通过评价地质灾害多发区不同条件下乔木根系护土固坡效应，可为震后地质活跃区开展生态修复提供理论支持。     

黄土高原幼树对坡面流水力学特性及泥沙颗粒组成的影响

选择黄土高原典型树种侧柏、油松、元宝枫和刺槐的一年生树苗,将其栽植于土槽中生长3 a。采用人工模拟降雨的方法,并与裸地进行对照,研究了森林幼树冠层及根系层对坡面流水力学特性及流失泥沙颗粒组成的影响。研究结果表明:(1)各试验坡面小区径流流量均较大,坡面流的平均水深均<1 mm。裸地坡面坡面流的流态为急流,其它各小区均为缓流。去除植被地上部分和表层易扰动土后,刺槐和元宝枫坡面的坡面流已接近临界流,而且两坡面的减流减沙作用明显变弱,侧柏和油松坡面的坡面流流态仍为缓流,减流减沙作用增强。(2)流失的泥沙中,有林冠覆盖的坡面流失的黏粒(<0.001 mm)所占的比例比裸地坡面的高出1.40%~2.00%,>0.05 mm粒径的泥沙颗粒所占比例比裸地坡面的小1.04%~1.26%。试验结束后,只有裸地坡面有明显的粗化层。(3)去除植被地上部分和表层易扰动土后,坡面流失泥沙颗粒的平均粒径大于有林冠覆盖的坡面,但小于裸地坡面。黏粒的百分含量随试验时间不断波动,说明森林植被的根系增加了林地的抗蚀力。     

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。     

含植被坡体稳定性的年际变化规律研究

植被对边坡稳定的影响主要体现在2方面,一是植物地上部分的自重以及风荷载对坡面的压力;二是植物根系的固土作用.植物种类和生长期对含植被坡体土壤抗剪强度的影响随植物的生长发育过程而变化,且这种变化难以量化.本文通过构建单株植物模型,分析含有不同类型植被的浅层均质土坡安全系数的年际变化规律.结果表明,在综合考虑植被自重、风荷载和根系的影响条件下,含侧柏和荆条的坡体安全系数会随着植物的生长发育逐渐增大,分别在树龄为50年和30年左右达到峰值1.549和1.817,随后趋于稳定,二者的峰值安全系数较植被种植初期分别增加46.8％和54.9％.植被自重和风荷载减弱坡体的稳定性,其中植被自重影响相对较小,使含侧柏和荆条坡体的安全系数分别降低0.1％和0.7％,而风荷载的影响较为明显,使其安全系数分别降低5.9％和5.8％.研究结果可为正确评估坡体稳定性以及布设植物护坡措施提供一定的科学参考.     

基于土-水特征曲线的植物边坡抗剪强度研究

土-水特征曲线通常用于估计非饱和土壤的抗剪强度,但是由于植物根系的吸水作用和加筋效应,使得植物边坡的抗剪强度不能直接利用基于基质吸力的非饱和土抗剪强度计算公式进行计算。以裸露边坡和植被边坡为研究对象,采用张力计现场测试和室内剪切试验相结合的方法,拟合水土特征曲线关系。结果表明:(1)植物根系的植入有效地提高了边坡土体的进气值,较素土进气吸力值增幅41.10%。在同等含水率条件下,植物边坡基质吸力明显大于素土边坡,提高了边坡土体的持水能力。(2)边坡红黏土基质吸力与含水率的关系符合V-G模型,利用最小二乘法得到模型参数。(3)随着体积含水率的增大,带根土与素土的抗剪强度参数值变化趋势大致相同,均呈现先增大后减小的趋势,但带根土的变化参数大,当含水率21.29%时,带根土黏聚力相较于素土增加了4.86 kPa,增幅18.55%,而内摩擦角对根系存在的敏感程度不如黏聚力。(4)随着土壤基质吸力不断增大,植被边坡与素土边坡的抗剪强度力学参数变化趋势大体相同,当土基质吸力为60～90 kPa土体的黏聚力提高最为明显,但植被边坡由于植物根系的存在,土体内基质吸力对边坡土体的抗剪强度提高幅度更大,黏聚力与内摩擦角最大增长幅度分别为37.34%和40.30%。通过建立土-水特征曲线参数与植物边坡抗剪强度的关系,可计算不同含水率或基质吸力条件下植物边坡的抗剪强度,为进一步分析工程实际中植物边坡的稳定性提供理论依据。     

陇东黄土高塬沟壑区坡面径流调控造林效益研究

以典型小流域坡面径流调控工程为研究对象,通过观测分析水平阶整地造林、鱼鳞坑整地造林与对照不整地造林的土壤水分、养分与树木生长量等,对径流调控工程的抗旱性能及其生产效益进行了研究。结果表明,坡面20~80cm土层的土壤含水率水平阶鱼鳞坑对照;20~40 cm土层土壤养分含量总体上为水平阶鱼鳞坑对照,土壤容重水平阶鱼鳞坑对照;水平阶整地的造林保存率和树木年生长量均高于鱼鳞坑整地;整地投入水平阶鱼鳞坑对照。综合考虑,在黄土高塬沟壑区条件比较好、比较完整的坡面应采用水平阶整地,在条件一般的坡面及陡坡地可采用鱼鳞坑整地,以提高造林成活率和保存率,有效发挥水土保持生态服务功能和作用。     

泰山典型林分的林冠截留特征

 应用相关分析方法对泰山罗汉崖林场9个典型林分类型的林冠截留特征进行研究。结果表明:林内降雨量与林外降雨量呈很好的线性关系,林冠截留量与林外降雨量呈较好的对数关系;9个典型林分类型对降雨的截留能力为五角枫>麻栎+黑松>15 a麻栎>刺槐>50 a麻栎>黄连木>黄连木+刺槐>侧柏>黑松;7个典型林分类型形成树干径流的能力为15 a麻栎>50 a麻栎>黄连木>五角枫>黑松>刺槐>侧柏;各林分类型总体产生林内降雨的林外降雨量临界值为6.28 mm。     

北京山区主要人工林枯落物水文效应

为探究北京山区主要人工林枯落物水文效应,以北京市怀柔区汤河口镇庄户沟小流域油松、刺槐、侧柏3种林分为研究对象,利用枯落物现存量样地调查、浸泡实验和抗冲槽法,建立枯落物持水量、吸水速率和浸水时间相关关系,定量研究枯落物层水文效应,结果表明:1)3种林分枯落物现存量和总厚度表现为油松最大,分别为6.37t/hm2和4.0c...     

渭北主要造林树种根系抗旱性研究

采用盆栽试验的方法,研究了不同土壤干旱条件下渭北主要造林树种苗木根系活力的变化。结果表明:在一定的土壤干旱范围内,苗木可以通过提高根系活力来适应逆境。当土壤干旱超过一定的阈值后,树木根系将逐步丧失其活力和功能,最终导致地上部分的枯死。各树种中,山杏根系的抗旱性最强,其次是侧柏、刺槐和油松。苗木根系活力除了受土壤干旱胁迫程度的影响之外,还受到干旱持续时间的影响。当土壤含水量降至40%的田间持水量时,土壤干旱已经对油松的生长构成了威胁,但对山杏、侧柏及刺槐的影响不大。     

晋西黄土区主要造林树种林地土壤水分生态条件分析

黄土高原地区植被建设引起的土壤水分效应问题愈来受到关注,林地的水分生态条件分析成为构建结构稳定的森林植被的前提,本研究以晋西黄土区主要造林树种刺槐、油松和侧柏的坡面林地为研究对象,通过林地土壤水分特征曲线测定及土壤水分动态变化监测,探讨了其生长的水分生态条件,结果表明：本区人工林地的土壤持水力较高,土壤含水率随水势降低而递减的速度较慢;研究区主要造林树种中,刺槐及其混交林分的土壤水分利用范围最大,抗旱能力最强;无论丰水年或枯水年,坡面各林地土壤水分有效利用性大,土壤含水量在生长季都高于无效水临界值,林地土壤水分利用状况好,林分生长稳定。     

华北土石山区不同林分结构与功能的研究

在调查北京八达岭林区刺槐(Robinia pseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)及其混交林生长量、土壤理化性质、水源涵养能力、病虫害的基础上,研究其结构与功能关系.结果表明,混交林比纯林具有更好的生长量,土壤理化性质得到进一步改善,从而提高水源涵养能力.另外,混交林还能够提高林分抵抗病虫害的能力.采用混交的方式为:1行刺槐3行侧柏循环混交,刺槐株数不超过1/4.本项研究以期对北京市森林健康经营具有一定的指导意义.     

北京山区典型树种树干液流特征及其对环境因子的响应研究

2010年6—9月在妙峰山林场,运用SF-L树干液流仪分别研究分析了典型晴天和生长季侧柏、栓皮栎、油松、刺槐的树干液流速率变化特征及树干液流速率对环境因子的响应。结果表明:4种树种的树干液流速率变化规律呈单峰型,其中侧柏的平均树干液流速率最大,为0.079 3cm/min,刺槐最小,为0.048cm/min。4种树种在各个月份的平均液流速率变化较大,但均在8月份达到最大值。对环境因子影响树干液流速率的相关分析表明:气温、太阳辐射、VDP、土壤含水率和土壤水势与树干液流速率呈正相关,而相对湿度与树干液流速率呈负相关关系,风速、土壤温度与树干液流速率的相关性不明确。太阳辐射对树干液流速率的影响最大,其中对阔叶树种刺槐和栓皮栎的影响比对针叶树种油松和侧柏更大。环境因子对阔叶树影响较大,对针叶树影响较小。运用多元线性回归方法,得出了4种不同树种的树干液流速率和环境因子的多元线性回归方程。     

京郊风景游憩林侧柏-刺槐群落林下植被生态位研究

对北京市郊区风景游憩林侧柏-刺槐群落林下植被的主要植物种群的生态位宽度、生态位相似比例和生态位重叠分析表明,求米草、荆条、孩儿拳头和细叶苔草生态位宽度值较大,上层林分主要树种侧柏和刺槐的林下更新苗生态位宽度比其他植物种林下更新苗的生态位宽度低;林下植物种群的生态位相似性比例值和生态位重叠值相对较小,不同种群间对资源的竞争相对不剧烈,可采取人工措施改善树种的配置,促进生态位分化。     

太行山低山丘陵区7种典型植物水分利用特征

 为准确评价植物对环境的适应性,以太行山低山丘陵区的7种典型植物为对象,通过测定植物蒸腾速率、光合速率以及水分利用效率等指标,研究不同植物的水分利用特征。结果表明:1)在所研究的7种植物中,火炬树、侧柏、刺槐、荆条和酸枣5种植物的蒸腾速率日变化都属于单峰型;栓皮栎和黄连木为双峰型,双峰型主要与植物的"午休"现象有关,是植物对高温、干旱环境胁迫的主动适应;2)植物之间的水分利用效率有较大的差异,刺槐具有最高的水分利用效率;水分利用效率日均值排序为刺槐>酸枣>栓皮栎>黄连木>荆条>火炬树>侧柏,蒸腾耗水量排序为栓皮栎>火炬树>侧柏>黄连木>刺槐>荆条>酸枣;3)根据蒸腾耗水量和水分利用效率,测试植物可以分为3种类型,栓皮栎和酸枣属于高蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,侧柏属于低蒸腾耗水量和低水分利用效率类型,刺槐则属于低蒸腾耗水量和高水分利用效率类型,具有最大的水分竞争优势。     

黄土丘陵区退耕还林后不同林地土壤孔隙与贮水特性

为探索退耕还林工程中树种配置措施对林地土壤水文性质的影响,在黄土丘陵区采用环刀法测定了退耕还林后10年生刺槐、侧柏、油松林分的土壤孔隙度和贮水能力.(1)各种林分都具有明显改善土壤贮水性能的作用,表现为降低土壤容重,增加土壤孔隙度及贮水量;改善程度以刺槐林分为最大,油松林分次之,侧柏林分较小.(2)各种林分对土壤(非毛管孔隙度)滞留贮水量的提高程度均大于对(毛管孔隙度)吸持贮水量的提高程度.(3)林地土壤贮水性能的垂直空间变异性较明显,随着土层深度的增加,土壤容重增加而土壤孔隙度和贮水量减小.