植物根系对土壤侵蚀控制机理的研究

介绍了近年来植物根系对土壤侵蚀控制机理的研究进展。在水文效应和机械效应两个方面,植物根系通过增强土壤的抗冲性、渗透能力、抗剪强度以及根系网的固土功能提高土壤的抗侵蚀能力。     

植物根系对土壤抗侵蚀能力的影响

植物根系增加土壤的抗侵蚀能力主要通过两种方式：一是通过根系在土体中交错，穿插，网络固持土壤；二是通过改善土壤的物理性质，提高土壤自身的水力学性质，从而增强土体的抗侵蚀能力，植物根系能明显增强土壤的抗冲性，土壤的渗透性及土体的剪切强度等水力学性质，根系在提高土壤抗侵蚀能力，防止土壤侵蚀方面有具有重要作用。     

狗牙根群落土壤-根系系统的结构及其抗冲刷与抗侵蚀性能的空间变化

[目的]探讨三峡库区消落带常见的物种狗牙根对库区消落带固土护坡的作用机理。[方法]结合野外调查和室内试验研究,对狗牙根群落根土复合体的结构、根土复合体抗冲刷与抗侵蚀性能及其空间变化进行研究。[结果]狗牙根根系对土壤抗冲性和抗蚀性都有显著的增强效应。随着狗牙根根系生物量的增加,土壤抗冲性和抗蚀性能力也随之增强,且根系生物量与土壤抗冲性和抗蚀性有线性相关性;土壤的抗冲刷与抗侵蚀能力还受消落带海拔梯度的影响,随着海拔梯度的上升,土壤的抗冲刷与抗侵蚀能力逐渐增强,在175m高度达到最大。[结论]由于高度升高,被淹的时间缩短,狗牙根在高海拔地区的生长状况好于低海拔地区。     

植物苗期根系抗侵蚀特性试验研究——以构树和顶坛花椒为例

植物的固土抗蚀作用大小与其根系密切相关,而根系特征决定了根的固土抗蚀作用的发挥,本文以相同基质下构树和顶坛花椒不同特征的根系为研究对象.通过研究根系特征与土壤抗冲性、抗蚀性、抗拉性、紧实度的关系,结果表明,苗期根系能强化土壤抗冲性,构树苗、顶坛花椒苗根系强化值大小分别为78.01>77.71;根系可提高土壤抗蚀性,其抗蚀性强弱为.构树苗>顶坛花椒苗>对照,构树、顶坛花椒、对照试验的土壤水稳性指数分别为4.36,3.16,1.67;不同树种根系对土壤的固结能力不同,构树苗生长下的土壤抗拉能力为214.92 N,明显大于顶坛花椒苗生长下的土壤154.87 N;土壤紧实度大小为构树苗>顶坛花椒苗.并采用加权综合指数法综合评价了苗期不同特征植物根系的固土能力强弱,得出构树苗综合指数为1.058.而顶坛花椒苗为0.902.即构树苗的固土能力强于顶坛花椒,以期为今后的水土保持工作提供一定的理论依据.     

三峡库区5种耐水淹植物根系增强土壤抗侵蚀效能研究

考察了三峡库区嘉陵江岸5种耐水淹植物的根系在土壤表层(0-30 cm)的分布特征,从抗冲性和抗蚀性两个方面明确了它们对土壤抗侵蚀的增强效能,并对其根长密度(RLD,root length density)进行了分析。研究发现:(1)狗牙根、空心莲子草、牛鞭草和野古草的根系生物量主要分布在土壤上表层(0-10 cm),荻根系生物量在土壤表层分布比较均匀;(2)狗牙根、牛鞭草和野古草的RLD及D(直径)≤1 mm RLD在土壤上表层分布较多,荻和空心莲子草的RLD及D≤1 mm RLD在上、中表层(10-20 cm)之间无显著差异;(3)5种耐水淹植物的根系对土壤抗冲性和抗蚀性都有显著的增强效应;(4)土壤抗冲性增强值,抗蚀性增强系数与5种耐水淹植物的RLD及D≤1 mm RLD关系密切,符合线性回归。结果表明,5种耐水淹植物均能在三峡库区消落区植被构建中发挥较强的抗侵蚀效应,其中荻的增强效应最明显;RLD,特别是D≤1 mm RLD能很好地表征植物根系对土壤抗侵蚀能力的增强效能。     

植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究

介绍了近10年来植物根系提高土壤抗侵蚀性机理研究进展。植物根系稳定表土层结构、提高土壤入渗性能和抗剪强度、增强土壤抗冲性的有效性机理是植被抵抗径流侵蚀动态过程及土壤侵蚀预报研究亟待加强的关键科学问题。     

植物篱-农作模式坡耕地土壤综合抗蚀性特征

土壤抗剪强度、抗蚀性与抗冲性不仅反映了土壤对水力侵蚀不同发育阶段（雨滴溅蚀、薄层水流片蚀与股流沟蚀）的侵蚀力大小,还通过共存、耦合决定对抗水力侵蚀的综合能力（综合抗蚀性）的大小。利用植物篱控制水土流失的长期定位试验,采用数理统计法研究了植物篱-农作坡耕地土壤综合抗蚀性特征。结果表明,由于植物篱模式下土壤理化性质得以改善,加之网状植物篱根系的固结等作用促使土壤综合抗蚀性增强。紫穗槐、香根草、紫花苜蓿和蓑草植物篱-农作模式土壤综合抗蚀指数分别比常规横坡农作模式增加102.9%、91.9%、87.9%、82.9%。不同植物篱模式增强土壤综合抗蚀性效应的大小为,20o坡地紫穗槐>香根草,13o坡地紫花苜蓿>蓑草。植物篱模式也增强了各坡位土壤综合抗蚀性,改善了土壤综合抗蚀性的过大坡面异质性。该论文为进一步探究植物篱模式控制水土及氮磷等污染物流失提供参考。     

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。     

五种护坡草本植物根系固土效果研究

对于公路边坡而言,植物根系在稳定土壤结构、提高土壤抗冲性、防治土壤侵蚀方面作用显著。为准确地评价植物根系的固土作用,选取北京地区常见的5种护坡草本植物,研究了其根系结构特征和根系强度特征,比较了不同草本植物根系结构的差异,结果表明:选取的草本植物根系生长深度除紫花苜蓿外多在0.6 m以内,沙打旺和狗尾草的根系总长度最大,表现出更好的抵抗拔出破坏的能力,而高羊茅和沙打旺根系在土壤中的数量较多,表现出更好的增强浅层土壤抗剪强度的效果。因此,北京地区的护坡草本植物,从根系固土的角度分析,沙打旺表现最好,其次是狗尾草、高羊茅和白三叶,表现较差的为紫花苜蓿。     

黔西北乡土植物篱对典型石漠化区石灰土侵蚀动力学过程的调控

在自然降水条件下,定量研究黔西北喀斯特石漠化区典型乡土植物刺梨在坡耕地产流产沙的变化规律,分析该植物篱控制侵蚀产沙的水动力学机理。结果表明,刺梨植物篱截流、分流作用延缓径流产生及汇流时间,增加喀斯特坡面径流入渗量,减小坡面侵蚀动力。在不同降雨强度条件下,喀斯特坡面入渗率与径流量和产沙量呈负线性相关。植物根系缠绕串连黏结根土,改变土壤的入渗特性,增强土壤抗冲性与抗蚀能力。根系密度随土层深度增加而减少,减沙效应亦变小。土壤抗侵蚀能力与d<1mm的须根密度呈极显著正相关关系,与d≤2mm须根的根量、根长与土壤抗冲指数存在线性回归关系。当I30雨强为2.41mm时,植物篱小区几乎无流水侵蚀,而对照样地侵蚀产生较多泥沙;当I30为4.72,8.35mm时,研究小区皆已侵蚀产沙,并在对照样地侵蚀产生细沟,显示雨强加大,坡面产流动力加强,冲沙携沙能力加大。说明植物篱起到保水固土减沙和对土壤侵蚀水动力过程的调控。喀斯特坡面流侵蚀产沙水动力主要受降雨强度和雨滴动能影响,雨滴侵蚀力的大小取决于雨量、雨强、雨滴大小。侵蚀产沙量与雨强、降雨历时呈显著的幂函数关系。揭示了植物根系固土减沙和提高土壤抗侵蚀水动力的调控机理。     

土壤抗蚀性的研究动态

在综述土壤抗蚀性研究成果及抗蚀性研究方法的基础上 ,介绍了土壤抗蚀性研究的进展 ,并指出目前土壤抗蚀性研究方法存在的问题 ,提出土壤抗蚀性研究应建立在侵蚀动力和土壤抗侵蚀力作用过程的基础上 ,从土壤侵蚀过程中各种因素的作用机理出发 ,使土壤抗蚀性的研究标准化、定量化 ,为土壤流失预报及水土流失调控措施的设计提供科学依据     

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。     

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。     

不同生长期大豆坡耕地土壤抗侵蚀能力特征

土壤抗侵蚀能力特征是土壤侵蚀预测预报的重要依据之一,为了分析黄土区不同生长期大豆坡耕地土壤抗侵蚀能力特征,采用原状土冲刷槽和静水崩解法,分别在大豆不同生长期测定坡耕地不同土层土壤抗冲性和抗蚀性,并对大豆根系特征与土壤抗侵蚀能力的关系进行分析。结果表明:随着大豆生育期的推进呈现出先增强后减弱的趋势,始粒期土壤抗侵蚀能力最强,苗期最弱;在大豆苗期与分枝期,土壤抗侵蚀能力随土层深度的增加而减弱;大豆开花期以后10~20 cm土层土壤抗侵蚀能力最强,其次为0~5 cm土层;土壤根重密度、根系表面积、根系体积及根系长度对土壤抗侵蚀能力影响均达到极显著水平(p0.01),且根径在0~0.5 mm之间根系的增多会更加有效地提高土壤的抗侵蚀能力。这表明在大豆生长初期加强对坡面的有效防护,避免地表长期裸露,培育根系发达的大豆品种将有助于对坡耕地土壤侵蚀的防控。     

不同植物带地埂土壤抗侵蚀效果研究

采用野外调查与室内试验相结合的方法,对研究区坡耕地3种不同地埂植物带上的植物生长状况、土壤物理化学性状及土壤崩解速率进行了测定,研究了不同植物带地埂土壤的抗侵蚀效果。结果表明:黄花菜与红小豆混种能够促进地埂植物带上植物地上和地下部分生长,增强植物护埂、固埂作用;不同植物带地埂土壤容重随土层深度的增加而增大,土壤孔隙度、含水量和有机质含量随土层深度的增加而降低;黄花菜、红小豆及黄花菜与红小豆混种植物带地埂土壤孔隙度、含水量及有机质含量均高于对照裸埂,土壤容重低于裸埂,黄花菜地埂土壤孔隙度最好,黄花菜与红小豆混种地埂土壤保水保肥性最好;不同植物带地埂土壤崩解速率随土层深度的增加而增大,黄花菜与红小豆混种地埂土壤抗崩解、抗侵蚀性能最强,是适合东北低山丘陵区坡耕地水土流失防治的良好措施。     

G111公路讷嫩段9种护坡灌木根系增强土壤抗蚀性比较

国道G111讷嫩段是较严重的风沙区,选取9种东北常见绿化灌木,对其根系土壤抗蚀性进行研究。首先以全根挖掘法考察其根系形态分布特征,以静水崩解法确定不同灌木根系土粒抗蚀指数大小变化,最后用主成分分析法对衡量土壤抗蚀性的25项指标进行分析。结果表明:9种灌木土壤抗蚀性的增强效应不同,但都随着土层深度增加,抗蚀指数呈下降趋势,并且9种灌木土壤抗蚀指数(S)都随浸水时间(t)呈三次函数曲线变化(R2≥0.82)。微团聚体、有机质、速效钾、>5 mm和0.5~2 mm土壤大团聚体及<1mm根系生物量、根系长度,在植物对土壤抗蚀性增强效应中起主要作用,它们的公因子方差都超过了0.90。9种灌木根系对土壤抗蚀性增强效应依次为:紫丁香>树锦鸡儿>爬地柏>红瑞木>东北连翘>辽东水蜡>紫穗槐>毛樱桃>红王子锦带,建议对前5种灌木进行推广应用。     

植物根系对土壤团聚体形成作用机制研究回顾

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤水力侵蚀的微观描述即为土壤团聚体的破裂过程。研究表明:植物根系可以改变土壤的力学以及水文特征,促进土壤团聚体的形成和稳定。因此,对近20年国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从根系对土壤团聚体的物理、生物、电化学作用3个研究视角,分析了植物根系对土壤团聚体形成的作用机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,这对深入认识植物根系对土壤团聚体的影响及其作用机制、发展根-土相互作用的土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。     

生态型框技术在护坡工程中的抗侵蚀效应研究

试验研究了一种生态护坡技术——生态型框护坡的抗侵蚀效应。试验表明,生态型框护坡的抗侵蚀效应明显优于人工撒草护坡技术,随着植被覆盖度的提高,生长的植物根系起到了固土保土作用,对于减少土壤流失量有着较好的效果。     

14种本土草本植物固定铅污染土壤的试验研究

采用温室盆栽试验研究不同浓度(0,500,1 000,1 500mg/kg)铅处理下,14种本土草本植物根系在土壤中的分布及固土抗蚀效应。结果表明:种植不同植物固土抗蚀效应差异很大,反枝苋、高丹草、紫苑随着铅浓度的增大,根系生物量、抗剪强度逐渐减小,表现出对铅较差的耐性和固土抗蚀性能;其余11种植物表现出相对较强的耐性和固土抗蚀性能。在0-10cm土层中,鲁梅克斯K-1杂交酸模、藜、紫花苜蓿在各处理下抗剪强度均大于鸭茅、新麦草及其余6种植物,因此对浅层铅污染土壤进行生物固定时,可选择固土能力较强鲁梅克斯K-1杂交酸模、藜、紫花苜蓿;在10-15cm土层中,藜、紫花苜蓿抗剪强度均大于鸭茅、新麦草及其余7种植物。因此,对较深土壤进行生物固定时,可选择固土能力较强的藜、紫花苜蓿。     

根土系统中的根系水力提升研究综述

根土系统可看作是土壤-植物-大气连续体(SPAC)系统的子系统, 根土间存在着内在优化协调的动态机制以更大限度地为SPAC 过程提供水分和养分。植物根系的水力提升现象是根土系统对水分分异的根土环境中土壤水资源优化利用的过程, 是植物根系所具有的一种普遍现象。植物根系的水力提升作用利于植物对土壤水分利用最大化, 同时也促进了对土壤养分的吸收利用及对土壤环境的改善。可以从系统优化的观点对这一现象的存在进行理论解释, 其发生受一定的条件制约, 是必然中的偶然。根系水力提升量不容忽视, 在一些环境的植物中, 水力提升提供了很大比例的蒸腾水分, 不仅对植物蒸腾耗水有利, 更存在广泛的生理生态意义。研究根系提水的应用对干旱区农业发展和生态修复有着潜在的价值, 具有广泛的研究前景。