基于两种计算模型的油松与元宝枫根系固土效能分析

[目的]定量分析北方常见植物(油松、元宝枫)根系对提高土壤抗剪能力的作用,为更好地评价植物根系固土效能提供理论基础。[方法]选取不同根系面积比(RAR)的油松(Pinus tabulaeformis)根土复合体、元宝枫(Acer truncatum)根土复合体及素土分别进行了不同垂直压力下的直剪试验,得出了油松根土复合体、元宝枫根土复合体及素土的抗剪强度增量。并通过根系的拉伸试验测定了植物根系的抗拉强度,同时使用Wu的根土复合体模型和Pollen的纤维束模型对抗剪强度增量进行模拟并与实际测定的抗剪强度增量进行对比分析。[结果](1)根系主要通过增强土壤的黏聚力来增强土壤的抗剪切强度;(2)植物根系抗拉强度、拔出强度与根系直径都符合幂函数关系,抗拉强度和拔出强度大小存在阈值,根系大于2mm时,根系拔出强度小于根系抗拉强度,小于2mm时则反之;(3)Wu的根土复合体模型高估植物根系固土效果值平均为26.81%,而纤维束模型对根系提高土壤抗剪强度则平均高估9.82%。[结论]相对于Wu模型,纤维束模型对土壤的固土效果的计算更为准确。     

不同草本植物根系对土壤渗透性的影响

[目的]揭示当地排土场不同草本植物根系对土壤渗透性的影响,阐明预测草本植物根系提升土壤渗透性的最优指标,并得出草本植物根系提升土壤渗透性的最佳径级,为排土场生态修复植物选择提供重要依据。[方法]以海州露天矿排土场为研究地点,以轴根型紫花地丁、根蘖型苦荬菜和根茎型水麦冬为研究对象,采用图片像素换算法量化3种根系在不同土层深度范围内的根系分布特征;并结合渗透试验获取3种草本植物原状根土复合体的渗透参数,进而探究了根土复合体根系分布参数与渗透参数的关系。[结果]3种草本植物均能提升土壤的渗透性能,轴根型、根茎型和根蘖型根土复合体的初始入渗率、稳渗率、平均渗透速率、渗透总量相较于素土分别提升82.23%～254.99%,85.59%～307.63%,72.02%～325.91%,62.93%～246.98%。3种草本植物根系的根长密度和根表面积密度与根土复合体的渗透参数均呈现线性相关,根表面积密度的相关性强于根长密度。3种根系对土壤渗透性的增强作用主要归功于0.5 mm相似文献   

植物根系和根际微生物对氮的竞争

植物根系可促进土壤中有机碳和氮的矿化^[1-3]。     

林木根系结构动态模型研究

林木根系结构和发展的动态模型,是综合根系各种发展过程,模拟多种动态交互作用,分析树种、土壤和环境条件对根系形态的影响,研究土壤-植物-大气系统的重要工具。根据近年来国外林木根系模型研究现状综述了垂直根型,水平根型,复合根型和具有一般性的根系动态模型。     

营养胁迫下不同植物根系的反应和根际效应

研究了在营养胁迫下、小麦、番茄、玉米（不同品种）根系的适应性及其根际效应。结果表明，在缺锰胁迫下植物根系分泌更多的可溶性有机物，导致根际Ｅｈ下降，高价锰氧化物还原，根际氧化锰结合态锰活化并转化为有效态，提供植物吸收。     

林木根系对土壤的增强作用与机理分析

林木根系具有固持土体的重要生态功能,根系的存在显著提高了根系与土壤组成的根土复合体的强度,三轴试验表明,根系的直径、布置方式、土壤的含水量等因素对于该增强作用有显著影响。从机理上讲,林木根系对土壤的增强作用是由于根土界面摩擦力的作用把土中的剪应力转换成根的受拉作用而产生的,理论分析和试验研究都证明了这一点。     

植物根系轴向水流阻力的研究

本文以泊潇叶定律为基础,提出了测定植物根系轴向水流阻力的降水头法,并用此法对鹰嘴豆根系的轴向阻力进行了不测定.结果表明:降水头法其测定可靠性是令人满意的,尤其适用在较短时间内测定根系的轴向阻力.根轴向水流阻力的泊潇叶公式计算值与实测值的比较结果表明:对鹰嘴豆根系来说,实测值总大于计算值:二者的比值随根导管调和平均直径的减少而增加.所有不同直径根轴向阻力测定平均值为计算值的3.8倍.     

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。     

灌木根系几何特性对拉拔力影响的试验研究

[目的]探究灌木根系几何特性对拉拔力的影响,为边坡防护植物物种的选择与植物价值的充分利用提供理论参考。[方法]以红叶石楠为例,通过对多根系形态的灌木根系进行室外拉拔试验,研究不同含水率、根系形态、二级侧根等情况对根土间相互作用力的影响。[结果]Y型根系和水平根系最大拉拔力随土壤含水率的增加呈对数和指数函数减小,而主直根系最大拉拔力随土壤含水率的增加呈先增大后减小的趋势,最优含水率在17.5%左右;Y型根系的最大拉拔力随Y型根系夹角的增加逐渐增大,而根系全段激活时间随根系夹角的增加呈现先减小后增大的趋势,在夹角为75°时最容易被激活;Y型根系及主直根系的最大拉拔力均随二级侧根数的增加呈线性增加,且主直根系最大拉拔力的增加趋势大于Y型根系。主直根系在土壤含水率为10%,20%,25%时,拉拔曲线呈拉拔硬化型,含水率为15%时,拉拔曲线呈拉拔软化型;水平根系和Y型根系在含水率为15%,17.5%时,拉拔曲线呈拉拔硬化型,含水率为20%,22.5%,25%时,拉拔曲线呈拉拔软化型。[结论]根系形态与含水率是影响根系拉拔力的关键因素,根系形态越复杂,拉拔力越大;含水率越高,拉拔曲线逐渐由硬化向软化型转变。     

东北玉米根系生物量模型的构建

开展根系生物量的观测和研究,建立通用性的根系生物量模型对于开展生态系统生物量的监测和评估具有重要意义。为得到根系生物量的实时信息,2016年9月末利用挖土法和根系扫描系统,获取玉米根系的生物量及生态指标,分析了玉米根系生物量的垂直分布特征并建立了根系生物量与根系生态指标之间的模拟方程。结果表明：玉米根系生物量主要集中于0~30 cm,占玉米根系垂直分布量的94.44%。利用普通最小二乘法建立根系生物量模型均存在异方差问题,增加根长作为自变量建立的根系生物量模型显著提高了模拟精度,决定系数（R²）达0.91以上。采用对数转换消除方程的异方差及比较不同的模拟方程后发现,玉米根系生物量与根径和根长的组合变量（D²H）建立的指数函数是模拟玉米根系生物量的最优方程,决定系数（R²）最高,为0.90,平均绝对误差（MAE）、估计值的标准误差（SEE）、平均预估误差（MPE）均最小,满足了模拟方程的精度要求。对该方程进一步验证发现,模拟值和实测值之间的相关系数为0.92,说明此模型能较好地模拟根系生物量。利用根系生物量模型结合微根管法,可解决根系生物量实时观测难的问题。     

宁夏覆膜滴灌玉米根系生物量模型构建与优选

为精准估测宁夏引黄灌区覆盖全生物降解膜滴灌玉米地下部根系生物量、提高玉米氮素积累量,以“宁吉198”和“天赐19”为试验材料,采用根系扫描仪获取玉米根系高清图像,运用根系图像处理系统处理不同施氮量下玉米根系指标,分析玉米根系生物量分布状况,利用根径(D)和根长(H)构建根生物量(W)动态模型,根据决定系数R2、平均绝对误差(MAE)、估算值标准误差(SEE)和平均误差(ME)综合评价与优选。研究结果表明,2个品种玉米根系的生物量均集中在0～30 cm土层;采用非线性回归模型拟合结果发现,组合变量(D2H)作为自变量能显著提高2个品种玉米根系生物量的估算精度,决定系数分别达0.94和0.86;残差分析结果发现模型存在异方差性,利用对数转换法消除异方差后,以组合变量(D2H)所构建的幂函数模型为最优模型,且2个品种“宁吉198”和“天赐19”的决定系数最大,分别为0.97和0.96,为消除不同品种间的误差,将2020年2个品种的数据进行拟合,所获得的根系生物量最优模型为:W=3.52(D2H)0.69,R2达0.89。模型验证结果根系生物量估计值和实测值决定系数达0.92,MAE、SEE和ME分别为0.11、0.13和-0.09 kg。说明该模型能较好地模拟宁夏覆膜滴灌玉米根系形态指标和生物量分配动态,可作为估测作物根系生物量的参考依据。     

南充市水土流失的人为因素分析及对策研究

在总结国内外近20a来关于植物根系的固土护坡作用研究基础上，从根系提高土壤抗冲性研究方面、植物根系力学研究方面、植物根系固土作用机理研究及其应用前景和展望等方面作了综述，明确了今后要加强对植物根系材料力学特性和根土复合体形成及作用机制方面的研究，更重要的是从根一土微观机制上进行深入研究，以便能揭示其本质。为植物在工程绿化、边坡稳定、生态恢复和水土保持等方面的应用提供理论指导，为我国迅速发展的城市化、生态化进程服务。     

土壤紧实胁迫下根系–土壤的相互作用

[目的]土壤紧实胁迫破坏土体理化性质,阻碍作物根系生长,降低作物产量,是限制农业生产力提高的世界性难题.根系形态结构决定了植物对土壤资源的探索能力及其对胁迫环境的适应性.讨论紧实胁迫下植物根系–土壤的相互作用,综述国内外关于根系通过形态和生理改变等根系生物学潜力的发挥提高对紧实胁迫适应性的研究进展.[主要进展]土壤紧实...     

根系分泌物与土传病害的关系研究进展

根系分泌物是植物-土壤-病原微生物相互作用的桥梁,是决定病原菌-作物关系的关键生态因子,影响着土传病害的发生与发展.本文阐述了根系分泌物的定义、分类及产生机理;重点从根系分泌物的化感自毒效应,根系分泌物诱导根际微生物群落,根系分泌物影响病原菌丰度,根系分泌物影响根际土壤环境4个方面阐述了根系分泌物与土传病害的关系;并从...     

沙地柏根系径级对根土复合体抗剪强度的影响

采用应变控制式直剪仪,通过对含不同沙地柏根系径级的扰动土进行室内直剪试验,分析研究根土复合体的抗剪性能。结果表明沙地柏根系的加入,增强了土体的抗剪强度,且根土复合体的抗剪强度符合库伦定律;当所含根系径级小于某个极限值时,根土复合体的抗剪强度随着径级的增大而增大,当超过这一极限值,则随着所含根系径级的增大,其抗剪强度逐渐减小,随着根系径级的逐步增大,由于根自身抵抗土体剪切变形能力增强,使得根土复合体的抗剪强度值开始回升;一定竖向荷载下,根土截面比△过小,对复合体抗剪性能影响微弱;根土截面比过大,根系与土壤胶结力降低,对抗剪强度产生负影响,因此,存在一个最佳根土截面比,在此比值附近,根土复合体的抗剪强度达到最大。本研究可为沙地柏在作为水土保持树种栽植方面提供理论依据。     

盐生植物根系增强土体抗剪强度效应试验研究

以大柴旦盐湖区及其周边地区作为试验区,选取海韭菜、芦苇2种优势盐生植物作为供试种,通过对2种盐生植物根—土复合体试样和素土试样进行剪切试验,探讨了盐生植物根系对土体抗剪强度增强作用以及土体抗剪强度的影响因素。结果表明:2种植物根—土复合体试样粘聚力值为13.48~21.87kPa,不含根系素土试样粘聚力值为8.45kPa,与不含根系素土相比,根—土复合体的粘聚力值增长量为5.03~13.42kPa,其增长幅度为59.53%~158.82%;海韭菜根—土复合体试样粘聚力值大于芦苇,2种盐生植物根—土复合体试样粘聚力值与2种盐生植物在一定范围内的根系含量之间呈正相关关系,同时一定程度上表明了试验区2种植物根系增强土体强剪强度的机制表现为,在一定范围内根—土复合体中根系密度和数量愈高则其对土体抗剪强度增强程度相对愈显著,且海韭菜对土体粘聚力的增强作用显著大于芦苇。该研究成果对研究区以及与该区地质条件相类似的其他地区利用盐生植物增强土体抗剪强度,以实现有效地防治地表水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有理论研究价值和实际指导意义。     

基于Hydrus-1D模型的玉米根系吸水影响因素分析

为探索土壤质地、植物生长状况和气象条件对不同土壤水分条件下根系吸水速率的影响机理,该文以相对根吸水速率与土壤含水率的关系衡量土壤水分有效性,利用Hydrus-1D模型模拟了3种土壤（壤黏土、黏壤土和砂壤土）中不同玉米生长状况（包括叶面积指数、根系深度和根系剖面分布）或蒸发力条件下根系吸水速率随含水率的动态变化,确定了不同条件下根系吸水速率开始降低的临界含水率。结果表明：土壤质地、植物的叶面积指数和根系分布及大气蒸发力都对根系吸水动态曲线的临界含水率有一定影响,其中根系深度和根系分布形状还影响根系吸水速率与含水率关系曲线的形状,但在3种土壤中,根系吸水速率的动态变化对植物生长和大气蒸发力的响应不同。总体而言,3种土壤临界含水率的大小是壤黏土＞黏壤土＞砂壤土;临界含水率随大气蒸发力的升高而升高,随根系深度和深层根系分布的增加而降低;各因子对玉米根系吸水影响程度的大小是土壤质地＞根系分布形状＞根系深度＞大气蒸发力＞叶面积指数。     

连作根系分泌物加剧土传病害的机制和缓解措施研究进展

基于植物-土壤反馈理论,连作体系中的根系分泌物必然在加剧土传病害发生中起重要作用,但相关研究证据尚缺少系统总结。本文梳理了连作导致土传病害加剧的现象以及连作对典型根系分泌物组分的累积。从有利于土传病原菌由土体向根际迁移、增殖和致病（“利病”）、破坏根际有益微生物群落防线（“压益”）和毒害根系免疫系统（“自毒”）等三个方面,揭示连作根系分泌物中某些物质促进土传病原菌入侵的机制。从根系分泌物角度阐述轮作、间作、套作、伴生和嫁接等多样性种植方式缓解连作土传病害的机制。提出鉴定“利病”、“压益”和“自毒”物质以及构建对应的消减技术途径,可为土传病害绿色高效综合防控提供理论和技术支撑。     

盐渍化地区油料向日葵根系吸水模型的建立

在盐渍化地区进行节水灌溉研究，具有一定的难度，其影响因素较多，而盐渍化地区根系吸水量的计算是进行节水灌溉的关键。该文根据带有作物根系吸水项的垂向一维土壤水运动方程，采用有限差分法，应用节水灌溉试验野外实测资料计算了作物根系吸水速率，并检验了所计算根系吸水速率的准确性。在此基础上将人工神经网络技术引入到根系吸水模型的建立中，建立了拓扑结构为15∶12∶5的根系吸水模型。研究表明：油料向日葵根系的主要吸水层集中在距地表0～50 cm土层间，最大吸水峰在20～40 cm之间运移；计算的根系吸水速率精度较高；所建立的BP神经网络根系吸水模型对盐渍化地区油料向日葵根系吸水速率的模拟具有较高的精度。     

河套灌区玉米根系对残膜的响应及根系分布模型

为明确土壤中不同残膜量对根系生长和分布的影响,该研究于2019—2020年在河套灌区九庄农业综合节水试验站设置了5个农膜残留量水平,分别为CK（0 kg/hm2）、T1（150 kg/hm2）、T2（300 kg/hm2）、T3（450 kg/hm2）和T4 （600 kg/hm2）,研究不同残膜量对玉米根长密度、不同径级根系分配及根系分布等影响,并引入残膜量,建立了适用于农膜残留农田的根系分布模型。结果表明,根系在水平分布时,侧根区的根系受残膜影响显著（P＜0.05）,当残膜量为300 kg/hm2（T2）时根长密度出现突降现象,降幅为75.98%;垂直分布时,根系随残膜量增加呈明显下降趋势,特别是在0～30 cm土层,当残膜量达到450 kg/hm2时,根长密度降低50.02%。另外,残膜减小了玉米粗根比例（d＞2 mm,d为根系直径）,降幅为29.25%;增加了细根比例（d≤2 mm）,为4.80%。构建考虑残膜量的相对根长密度（Residual Plastic Film-Normalized Root Length Density,RPF-NRLD）分布模型精度较高,其中决定系数（R2）为0.961,均方根误差（RMSE）为0.282,平均相对误差（MRE）为18.87%。同时考虑不同径级根系的RPF-NRLD分布模型模拟显示,玉米极细根和细根的MRE分别为14.91%和14.96%,粗根的MRE为35.41%。基于RPF-NRLD分布模型进行情景分析显示当农田残膜量控制在0～100 kg/hm2范围内,根系能够维持正常生长,特别是极细根和细根,根长密度未出现大幅下降。该研究对于残膜污染区作物生长的数值模拟研究及残膜回收政策的制定具有科学意义。