土壤粒径对灌木植物根-土摩阻特性影响

为了系统性研究灌木植物根系的固土力学效应,探讨土体对根系的摩阻特性,以4种不同土壤粒径（原级配,1.0~2.0,0.5~1.0,<0.5 mm）和3年生的典型护坡植物种火棘及紫穗槐为研究对象,采用室内直剪的方式对根系进行根—土界面直剪摩擦试验。结果表明：（1）根—土及土—土界面的摩阻强度与垂直荷载呈明显的正线性关系;随土体粒径的增加,根—土及土—土界面的摩阻强度、摩擦系数、黏聚力和摩擦角均呈现下降趋势,且在相同粒径范围内,火棘根—土界面摩阻特性显著优于紫穗槐和素土;（2）根—土界面与素土界面的剪应力随位移的增长速率呈现先增大后减小的趋势;根—土界面剪应力与位移关系曲线呈现曲折蜿蜒式上升,而素土曲线表现为平缓式上升;（3）土体粒径越小,根土间接触面的比表面积越大,细小的土壤颗粒与根表面发生镶嵌,加大接触面的咬合力,使摩阻能力加大。研究结果对进一步探讨灌木植物根—土相互作用力学机制,以及利用灌木植物提高试验区边坡土体稳定性、防治坡面浅层滑落具有一定的理论指导意义。     

汶川典型植物根-土复合体抗剪强度影响因素评价

为探究不同植物根-土复合体抗剪强度的差异性及各因素对其的影响程度,选取汶川县针叶林、阔叶林、灌丛、草地4种不同植被覆盖区为研究区,通过野外制取16种优势植物根-土复合体和无根裸土原状试样并开展室内快剪试验.分析了汶川县典型植物根系对土体抗剪强度和抗变形能力的增强作用,运用灰色关联法分析影响复合体抗剪强度的因素.结果 表...     

小麦根-土界面磷的分布规律

在人工气候室采用32P标记土壤和土-根平面系统研究小麦根际磷的分布。结果表明，小麦根-土界面磷呈亏缺分布，但在报表0.5mm以内，大约培养15天左右磷常出现相对累积。磷的亏缺强度在高含水量和低空气湿度时较大。随培养时间的延长，磷亏缺量和亏缺范围随之增大。此外，磷亏缺量以中下部根系较大。根-土界面磷分布以方程C／Co＝a＋blnX或C／Co＝aXb拟合为优;时（t）空（X）作用下的磷分布可用t和X三次非线性多项式拟合。     

三种护坡植物根-土复合体抗剪强度比较

以紫穗槐、胡枝子及狗牙根根系及其与土壤构成的根-土复合体为研究对象,通过对根-土复合体的室内直剪试验,比较分析了不同物种根系和不同含根量对根-土复合体的抗剪强度的影响。结果表明,根系的存在提高了土体的抗剪强度,根-土复合体的抗剪强度随着含根量的增加而增大,但当含根量达到一定值时根-土复合体的强度增加并不明显,即存在最佳含根量范围;与无根扰动土相比,根-土复合体内摩擦角无显著变化,但显著提高了黏聚力,其中紫穗槐、胡枝子、狗牙根黏聚力平均增幅分别为47.5%,39.2%和38.9%;紫穗槐、胡枝子和狗牙根根-土复合体对土壤的抗剪强度影响不同。在水土流失区种植乔灌木物种能有效增加坡体稳定性,降低土壤侵蚀。     

氮肥对油菜根-土界面镉迁移及镉组分变化特征的影响

利用盆栽试验研究了不同形态氮肥对镉污染土壤油菜根土-界面pH、油菜生长、镉迁移及镉组分变化特征的影响.结果表明,不同形态的氮对油菜地上部Cd积累有显著的影响,施用铵态氮肥可以显著提高油菜地上部Cd含量,而施用硝态氮肥则对地上部Cd含量没有明显的影响.铵态氮肥能显著降低油菜根际pH,使得油菜根际残渣态、碳酸盐态和铁锰结合态Cd强烈活化,促使这三种形态Cd向交换态转换,从而增加了Cd的生物有效性.     

平茬对柠条根-土复合体抗剪特性的影响研究

平茬是灌木人工林培育中常用的手段,灌木多通过平茬达到复壮目的。以内蒙古砒砂岩区典型水土保持功能灌木柠条根-土复合体为研究对象,进行剪切试验研究,分析平茬复壮对柠条根-土复合体抗剪特性的影响,阐明柠条人工灌木林平茬复壮机制,确定最佳平茬方案,进而为柠条人工灌木林管理提供科学依据。结果表明,在12.5 kPa、25 kPa的条件下,2 a生柠条根-土复合体的抗剪强度分别为31.43%和11.02%,而未平茬柠条根-土复合体的抗剪强度分别为24.01%和7.35%,根系的存在明显提高了浅层土体的抗剪强度;平茬和未平茬柠条根-土复合体粘聚力相对于素土的增长率分别为37.24%和52.23%,平茬和未平茬柠条根-土复合体内摩擦角相对于素土的增长率分别为10.11%和4.78%。表明在12.5 kPa和25 kPa下平茬后的效果优于未平茬,其中摩擦力发挥了重要的作用。     

土壤孔隙水承压条件下4种根—土复合体抗剪特性

采用直剪仪对4种沙生植物重塑的根-土复合体及素土进行快剪试验,探讨了其抗剪强度以及根径和垂直压力对抗剪强度的影响.结果表明,柠条、沙柳、沙地柏、白沙蒿根-土复合体在1.5 m(25 kPa)的浅层土体范围内抗剪强度均大于素土,4种植物根-土复合体的内摩擦角与素土相比差异不明显;在根径相同(1.25 mm)的情况下,4种植物根-土复合体的黏聚力均大于素土,其黏聚力增加率的变化范围在4.60%～46.23%之间,大小顺序为:柠条＞沙地柏＞沙柳＞白沙蒿;4种植物随着根径的增加,复合体的抗剪强度均有不同程度的增大.     

根-土界面的微生态过程与有机污染物的环境行为研究

土壤-植物系统是地球生态系统中与人类生存与健康关系最为密切的亚系统。该系统中有机污染物的运移必须历经根-土界面多层次的微生态过程的控制。这些微生态过程涉及到系统中许多生物、生物化学和物理化学反应机理,与土壤中污染物迁移转化及其归宿等环境行为具有密切的关系。理解这些微生态过程及其对有机污染物环境行为的影响,对提高作物生长、改善土壤环境质量和提高农产品品质安全具有直接的理论和实践指导意义。     

PP织物袋梯田护坎植物根-土复合体抗剪强度研究

聚丙烯土工织物袋(简称PP织物袋)作为新型梯田筑坎材料,对解决土坎梯田垮坎问题提供了很大帮助。在其所筑坎坡上种植合适的植物既可充分开发利用埂坎空间,又兼具经济效益和稳固田坎作用。通过对PP织物袋梯田田坎上种植的黑麦草、高羊茅、白三叶、紫花苜蓿、山麦冬的根-土复合体试样进行直剪试验,与空白织物袋内无根土样的抗剪强度对照,分析5种草本植物对土体抗剪强度的增强作用,旨在筛选出最佳的护坎植物,促进PP织物袋筑坎技术在陕南的应用与推广。结果表明:5种草本根-土复合体的抗剪强度与垂直压力的关系均符合库仑定律;在含水量和含根量相当的情况下,对比无根土样,白三叶、黑麦草、紫花苜蓿、高羊茅、山麦冬5种草本植物的根-土复合体的黏聚力增加幅度分别为56.3%、51.1%、50.7%、30.9%和15.2%,而内摩擦角的变化幅度仅为-0.2°⁰.8°,变化并不明显;5种草本植物对PP织物袋内土体抗剪强度的增强作用为白三叶>黑麦草>紫花苜蓿>高羊茅>山麦冬。     

灌木柠条锦鸡儿根-黄土状盐渍土界面相互作用力学特性

为了进一步探讨西宁盆地黄土区灌木植物根系固土护坡力学效应,以区内优势灌木植物柠条锦鸡儿为研究对象,开展不同土体密度、含水量、含盐量和根径单因素变化条件下的单根垂直拉拔试验,探讨和分析了上述因素对灌木植物根-土界面相互作用力学特性的影响和作用机理。结果表明:在垂直埋深为25 cm及其他因素恒定的情况下,随着土体密度由1.20 g/cm³增长到1.60 g/cm³,单根最大抗拔出力由(28.60±2.83)N增长至(114.33±7.17)N,呈指数函数增长趋势; 随着土体含水量由6.00%增长到22.00%,单根最大抗拔出力由(152.80±10.07)N降低至(31.50±5.53)N,呈指数函数降低的变化趋势; 随着土体含盐量由0.59%增长至2.00%,单根最大抗拔出力呈现出先增大后减小的变化趋势,在含盐量为1.00%时,单根最大抗拔出力达到峰值(61.20±0.94)N,且二者关系符合二次函数关系; 在根径为2.74～9.57 mm范围内,随着单根平均根径的逐渐增大,单根最大抗拔出力由25.20 N线性增长至97.10 N。在此基础上,提出了垂直单根最大抗拔出力计算模型,并指出计算垂直单根最大抗拔出力所需的根-土界面综合黏聚力和综合摩擦角可通过根-土界面直剪试验获得。     

基于三轴UU试验的土体含水率对根土复合体强度特性的影响

为研究自然边坡其强度特性随含水率的变化规律。通过设计不同体积含水率(20%,27%,35%,40%,45%)和2种含根量(RAR=0.1%,0.3%)的重塑土进行不固结不排水三轴试验,以研究含水率对土体破坏方式、抗剪强度和初始切线模量的影响。结果表明：(1)试样破坏模式多为剪切变形和剪胀变形,在含水率为20%,27%时,出现明显剪切贯穿面破裂带,其余含水率下表现为剪胀变形;(2)含水率对根土复合体抗剪强度主要体现在黏聚力上,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体黏聚力分别降低67%,72%;含水率低于35%时,可用对数关系表示,随含水率升高,黏聚力明显降低;含水率达到35%以上时,可用线性关系表示,黏聚力下降速度减缓;含根量增加,抗剪强度提高;(3)不同含根量和围压下根土复合体初始切线模量与含水率关系可以用线性关系拟合,含水率从20%升至45%时,2种含根量的根土复合体初始切线模量平均分别降低43%和47%。综合考虑土体弹塑性和植物因素对土体位移或变形的影响,可提高边坡稳定性计算精度。研究结果可为植物边坡以及水土保持植被建设治理提供科学参考,丰富根系固土领域的科学理论。     

土壤前期含水量对弃渣坡面侵蚀特性影响的模拟试验

利用室内人工模拟降雨试验,研究弃渣前期含水量在不同降雨强度条件下对土壤坡面入渗、产流和产沙特性的影响.结果表明:弃渣坡面入渗率随时间呈幂函数变化.在雨强较小(0.64 mm/min)的情况下,含沙率在产流初期会出现峰值,之后随时间递减,前期含水量越高,峰值出现的越早,土壤前期含水量对土壤侵蚀量的影响符合幂函数变化规律.在1.05 mm/min降雨强度条件下,含沙率变化呈波动性增长趋势,无明显峰值.土壤前期含水量对土壤侵蚀量影响呈二次多项式关系,计算得出土壤流失量最少的最优前期含水量为9.65%.     

水分对崩岗土体抗剪切特性的影响

通过三轴剪切实验研究崩岗不同土层抗剪特性随土壤水分含量变化的规律.结果表明:(1)随着土壤含水量的增加,红土层粘聚力逐步增大,当含水量达到22％后,粘聚力急剧下降;砂土层的粘聚力随含水量的增大而呈现先增大后减小的趋势,但粘聚力变化幅度较小,碎屑层的粘聚力随含水量变化呈波动性变化.(2)3个土层的内摩擦角均随着含水量的增加而减小.(3)3个土层的抗剪强度也随含水量的增加而逐渐减小.     

多花木蓝根系与土体界面摩阻特征

为研究灌木植物根系的固土护坡力学效应,探讨根系与土体间相互作用的特性。以多花木蓝为供试植物,进行植物根系切片并计算根系的表面凹凸度,选取0~0.5,0.5~1.0,1.0~1.5,1.5~2.0mm 4种粒径的粉质黏土,在不同的土体含水率和根径条件下,制备根土复合体扰动试样,进行单根抗拔摩阻试验和直剪摩阻试验,探讨土体含水率、植物根径以及土体粒径对根土界面摩阻特性的影响。结果表明:多花木蓝根系的表面凹凸度随根径变化无显著性差异,根系的拉拔剪应力集中在17.36~32.76kPa,而根土界面的摩擦系数为0.10~0.20;根系拉拔剪应力和根土界面摩擦系数随土体粒径和土体含水率的增加逐渐下降;土体含水率和土体粒径愈低,根系形态特征对根系的拉拔剪应力和根土界面摩擦系数的影响愈显著。研究结果对分析根土界面摩阻特性的影响因素,以及利用灌木植物提高边坡土体结构稳定和防治水土流失、土壤侵蚀等地质灾害具有重大的指导意义。     

黄土路堑边坡土壤水分空间分布特征及影响因素

基于西安市三条道路黄土路堑边坡植被防护调查和室内土壤含水率测试结果,研究分析了坡位、坡度、坡向、植被类型和植被防护模式对黄土路堑边坡土壤水分空间分布特征的影响。结果显示,中坡位土壤含水率大于下坡位,下坡位大于上坡位;高坡级边坡土壤含水率大于低坡级;小坡度边坡土壤含水率大于大坡度;阴坡土壤含水率大于阳坡;贴地植被土壤含水率大于直立植被土壤含水率;草灌结合模式的边坡土壤含水率小于灌木单一模式,但前者的生长状况优于后者。     

初始含水率对三趾马红土失水收缩特性影响

三趾马红土胀缩特性明显,其失水收缩开裂对天然斜坡和工程边坡稳定性影响显著。利用设计的试验监测装置,开展不同初始含水状态三趾马红土重塑样的干燥脱湿试验,并运用数字图像定量处理技术获得试样干缩变形的动态定量数据,得到以下结论:（1）三趾马红土试样失水曲线呈现明显的3个阶段:快速失水期、减速失水期和残余失水期,且失水曲线受初始含水率影响显著,初始含水率越大,试样失水速率相对越快,失水过程越剧烈;（2）三趾马红土试样收缩曲线呈现明显的4个阶段:快速收缩阶段、减速收缩阶段、残余收缩阶段和零收缩阶段,且收缩曲线受初始含水率影响显著,初始含水率越大,收缩过程越剧烈,最终径向收缩应变越大;（3）三趾马红土试样的最终收缩应变与初始含水率呈良好线性关系。     

晋西黄土区林草复合界面土壤水分养分分布规律研究

通过对晋西黄土区刺槐林与天然草带的复合界面及其对照（林地、草地）生长季土壤水分和养分（有机质、全氮、速效氮和速效钾）的测定,分析比较了其水分和养分的空间分布特征及其变化规律。结果表明,不同土壤层次的土壤含水量在水平方向上存在差异,在浅层土壤（0-20cm）,土壤含水量从大到小依次为:草地、林地、林草界面,在深层土壤（20-100cm）,土壤含水量从大到小依次为:草地、林草界面、林地;在垂直方向上,随着土层深度的增加,研究区林地、草地、林草界面的土壤含水量表现为逐渐降低的趋势,刺槐林地在60-100cm土层中土壤含水量有少许回升。研究区复合类型内土壤养分分布不均衡,水平方向上有机质平均含量为林草界面<草地<林地;全氮平均含量为林草界面最小,草地与林地相差不大;速效磷平均含量为林地<草地<林草界面;速效钾平均含量为草地<林草界面<林地;垂直方向上,各个生态类型的有机质含量、全氮含量、速效钾含量随着土壤层次的加深逐渐减少,而速效磷含量在土壤的不同层次呈现不同的变化。     

生物炭添加对黄绵土水分补给和消退的影响

[目的]明确雨季生物炭添加对黄绵土储水、保水能力的影响,为科学利用生物炭改良黄土高原地区土壤以及确定合理的生物炭施用量提供基本理论支持。[方法]采用多层一体式土壤水分温度测量系统(JDTS-01)对黄土高原地区土壤水分进行野外定点观测,并使用烘干法对监测数据进行校正,研究黄绵土0—40 cm土层水分动态变化与补给、消退情况。基于双变量相关分析探讨了不同生物炭添加量下土壤水分补给和消退变化的影响因素及其相对重要性。[结果](1)整体上生物炭添加能在一定程度上增加土壤水分含量,低生物炭添加量增加了深层土壤水分,而高生物炭添加量增加了表层土壤水分,2.5%左右的生物炭添加量可能是影响土壤水分入渗和蒸发的拐点。(2)添加生物炭后,0—20 cm土层水分补给量增大,20—40 cm土层水分补给量减小。降雨带来的水分补给能够很大程度上滞留在土壤耕层,添加生物炭量较大时土壤水分补给效果更好;0—20 cm土层中添加生物炭处理的水分消退更快,而不添加生物炭的土壤水分入渗土层更深。(3)生物炭添加可以促进黄绵土土壤水分补给,减弱土壤水分消退,有利于降雨后土壤储水。[结论]生物炭添加能够改善黄土高原地区土...     

辽西北旱地土壤水分调控

辽宁省西北部地区48 a的降雨量与蒸发量频率分析结果表明,降雨与蒸发高峰出现的时间差是产生春旱的重要原因,气候的干湿程度可用湿润系数0.33这个尺度来衡量,辽西地区48 a间冬春两季的湿润系数均低于0.33,夏季的湿润系数绝大多数高于0.33,在秋季的湿润系数接近0.33。采取秋季覆膜、顶凌覆膜和膜上留茬等保墒措施能够将秋季降水保存在土壤中,为第2年春播提供充足的土壤水分。在遭遇严重夏季干旱的情况下,玉米收获期秋季覆膜处理的小区5-15 cm的土壤含水量仍比顶凌覆膜和空白小区高出3个百分点。这说明秋季覆膜在干旱的情况下能够有效地保蓄土壤水分,且能持续较长的时间。 处理间玉米单穗籽实干重之差异达到了显著水平。