植被根系固土机理研究进展

坡面植被不仅可以稳定岩土边坡,而且具有美化生态环境的作用。为了阐明植被根系对不稳定斜坡的影响,根据多年来根系固土的研究成果,从根系固土力学基础、根系几何力学特性、根系对土壤抗冲与抗剪的影响等方面,对植被根系护坡机理进行了综述,分析了目前研究中存在的不足,并就今后研究中应注意的问题提出了看法。     

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。     

根系互作对玉米大豆间作作物磷吸收的影响

【目的】间作作物的养分吸收与根系相互作用有着密切关系。研究玉米大豆间作后根系互作对磷含量、磷积累动态的影响,旨在为以玉米大豆为主的间作体系中磷的高效利用提供科学依据。【方法】本文通过盆栽试验,采用玉米和大豆根系无分隔(NB)、尼龙网分隔(MB)、塑料膜分隔(PB)3种分隔方式,研究了间作玉米(苗期、大喇叭口期、孕穗期、成熟期)和大豆(苗期、分枝期、鼓粒期、成熟期)在不同生育期对土壤中磷的吸收。【结果】与PB相比,MB处理的玉米茎中磷含量在孕穗期提高了16.8%(P0.05);叶中磷含量在苗期、大喇叭口期分别提高了6.6%、14.2%(P0.05);NB处理玉米茎中磷含量在大喇叭口期、孕穗期分别提高了25.4%、55.0%(P0.05);玉米叶中磷含量在大喇叭口期、成熟期分别提高了21.3%、22.2%(P0.05);与PB相比,NB处理大豆茎中磷含量在分枝期、成熟期分别提高了21.3%、24.7%(P0.05);叶中磷含量在分枝期提高了11.4%(P0.05),MB处理大豆叶中磷含量在分枝期提高了4.8%(P0.05)。与PB相比,NB处理玉米茎中磷积累量在大喇叭口期、孕穗期提高了24.6%、32.3%(P0.05),MB处理玉米茎中磷积累量在大喇叭口期提高了50.6%(P0.05),叶中磷积累量在苗期提高了33.6%(P0.05)。与PB相比,NB处理大豆茎中磷积累量在分枝期、鼓粒期分别提高了36.3%、51.8%(P0.05),叶中磷积累量在分枝期、成熟期分别提高了27.3%、110.6%(P0.05);MB处理大豆茎中磷积累量在鼓粒期提高了35.7%(P0.05)。【结论】根系互作系统中的玉米和大豆茎、叶中磷的累积量大于根系分离生长系统。因此,玉米大豆间作具有明显的磷吸收利用优势。     

不同生育期烤烟根系固土能力特征研究

本研究选取云南省主要种植作物——烤烟为试验材料,分析烤烟不同生育期(团棵期、现蕾期、成熟期)的根系固土能力特征。应用锚杆拉力计和自行设计的剪切箱对不同生育期烤烟根系的固土能力在0~10 cm和0~20 cm土层进行原位测定。结果表明:同一生育期,根系密度表现为0~10 cm0~20 cm;同一土壤深度范围内,根系密度表现为成熟期现蕾期团棵期。相同深度范围内,固土能力表现为成熟期现蕾期团棵期;在现蕾期和成熟期,固土能力表现为0~10 cm0~20 cm,而团棵期由于根系尚未深扎至20 cm深度,只有在样方的塑性变形阶段的固土能力,表现为0~10 cm0~20 cm;同一生育期相同深度范围内,载荷与位移间呈现显著的直线相关关系(P0.01)。随着载荷的增加,将出现载荷临界点F1、F2和F3,F1为比例极限点,F2为屈服拉力点,F3为抗拉极限点。相同深度,F1与根系密度间无明显相关关系,F2和F3分别与根系密度间呈显著幂函数关系。在0~10 cm,F2与根系密度和F3与根系密度的相关方程分别为y=1.313x0.042和y=1.379x0.084;在0~20 cm,F2与根系密度和F3与根系密度的相关方程分别为y=1.389x0.048和y=1.638x0.077。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,建立不同作物根系固土数据库,为坡耕地作物配置提供理论依据。     

林木根系固土的理论基础

为了探索林木根系的固土作用,半个多世纪以来许多学者从不同侧面对根系的固土作用进行了大量的研究和探索,在根系固土理论研究上取得了一定成果。鉴于此,概述了莫尔-库仑强度理论、加筋理论、锚固理论等根系固土基础理论以及须根理论模型（W氏模型）、垂直根系木本植物根-土相互作用力学模型、水平根系根-土相互作用力学模型等根系固土的分析模型。依据固土理论,提出了今后根系固土作用研究重点是根系的分布特征,根系与土的摩擦特性以及根系的力学性能。     

苏北海堤林带树木根系固土功能研究

该文通过对海堤林带树木根系及土壤抗冲，抗蚀和渗透性的测定分析，发现同一地段土壤的抗冲，抗蚀指数表土层大于底土层。树木根系，尤其是根径≤２ｍｍ的细根有较强的固特土壤功能，抗冲指数与根长，根量间有明显的相关性，单相关系数分别为０．９３２６和０．８２５６。吸机质含量高的土壤抗蚀性强，抗蚀指数大，与有机含量间的相关系为０．８９３１，与细根的根长和根量的相关性相对较低，单相关系数分别为０．８２１６和０．７４     

间作模式下作物根系与坡耕地红壤抗蚀性的关系

通过径流小区试验,结合土壤理化性质分析和根系指标测定,研究了玉米单作、大豆单作以及玉米/大豆间作模式下,不同作物根系特性与坡耕地红壤抗蚀性的关系。结果表明,玉米/大豆间作模式在改善土壤理化性质、提高红壤质地和结构方面优于玉米或大豆单作,玉米/大豆间作模式在0—10,10—20,20—30cm土层的含根量、根系表面积、根系体积、根尖数和根长较玉米单作或大豆单作均有提高,其中0—10cm土层范围内差异显著;玉米/大豆间作模式较玉米单作模式在根量、根系表面积、根系体积和根长分别提高了80.95%,50.93%,90.30%和77.99%,较大豆单作模式分别提高了58.70%,73.36%,123.05%和149.27%;在20—30cm土层范围内,间作模式根长较玉米单作模式提高了150.48%,较大豆单作模式提高了206.94%;不同种植模式下,土壤抗蚀性指数在10—20cm土层差异不显著,在0—10cm和20—30cm土层之间差异显著;不同深度土层范围内,间作模式土粒抵抗分散能力均最强;在间作模式下,同期土壤流失量较单作减少,土壤流失量与作物根系量、根系表面积、总根长、根系体积和根尖数呈显著负相关。玉米大豆间作可以通过改善根系特征,提高土壤有机质含量,进而提高土抗蚀性。     

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。     

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。     

草本植物根系网的固土机制模式与力学试验研究

针对生物软措施的力学固土护坡作用进行了力学机制方面的探讨,提出植物根系网固土力学机制模式的四个层次,以及对不同草本植物根系的固土性能进行了力学试验比较。结果表明不同植物根系具有不同的抗拉强度。香根草根系平均抗拉强度最大达85 m Pa,其次为假俭草,平均抗拉强度27.3 m Pa,白三叶根系平均抗拉强度为24.6 m Pa,莎草根系平均抗拉强度为24.5 m Pa,宜安草根系平均抗拉强度为19.7 m Pa,百喜草根系平均抗拉强度为19.23 m Pa,马尼拉草根系平均抗拉强度为17.5 m Pa,狗牙根根系平均抗拉强度为13.45 m Pa。不同的植物根系具有不同的抗拉强度、不同的固土性能与其遗传结构及其组织材料不同有关。充分了解和认识植物根系固土性能,科学合理运用生物软措施代替或部分代替工程措施在我国繁重的生态环境保护和恢复的基本建设工程项目中具有重要的应用价值和意义。     

不同耕作方式玉米地下部生长发育及土壤水分状况的研究

通过对不同耕作方式玉米地下部生长发育及土壤水分状况进行分析,结果表明,不同耕作方式下,玉米的根系生物量、根系体积在不同生育期存在差异;不同耕作方式间玉米根系性状存在差异,翻耕覆膜根系生长状况好于其它耕作方式。三种耕作方式中,土壤含水量的变化趋势表现出低-高-低的倒"V"字型变化,这种规律性变化与根系的生长发育特性和灌溉有关。     

坡耕地不同种植模式对农田水土保持效应及土壤养分流失的影响

针对云南彝良地震灾区灾后坡耕地水土流失的现状,进行了不同种植模式的水土保持效应的研究。通过对试验小区不同种植模式下的径流小区的监测,以探明不同种植模式对农田水土和养分流失及对收获期作物粒重的影响,寻求控制和减少农田水土流失及增产的有效种植模式。结果表明,不同种植模式3次地表总径流量顺序为黄豆单作(17.0 m~3·hm~(-2))马铃薯单作(15.9 m~3·hm~(-2))玉米单作(13.7 m~3·hm~(-2))玉米∥马铃薯顺坡种植(12.6 m~3·hm~(-2))玉米∥黄豆(12.3 m~3·hm~(-2))玉米∥马铃薯(11.7 m~3·hm~(-2));土壤总侵蚀量顺序为马铃薯单作(930.15 kg·hm~(-2))黄豆单作(821.70 kg·hm~(-2))玉米单作(739.05 kg·hm~(-2))玉米∥马铃薯顺坡种植(716.70kg·hm~(-2))玉米∥马铃薯(651.90 kg·hm~(-2))玉米∥黄豆(620.10 kg·hm~(-2));在地表径流量方面,最好模式玉米∥马铃薯间作,比最差模式黄豆单作削减地表径流量31.2%,比马铃薯单作、玉米单作分别削减地表径流量26.4%、14.3%;在土壤侵蚀量方面,最好模式玉米∥黄豆间作,比最差模式马铃薯单作削减土壤侵蚀量33.3%,比黄豆单作、玉米单作分别削减土壤侵蚀量24.5%、16.1%。在土壤养分流失方面,玉米∥黄豆间作比马铃薯单作削减总氮流失30.6%;玉米∥黄豆间作比马铃薯单作削减氨氮流失22.2%,并有显著差异。可见,在彝良地震灾区玉米∥马铃薯和玉米∥黄豆间作种植模式在减少水土养分流失方面有一定效果。     

间作对玉米根系分泌物及团聚体稳定性的影响

通过田间小区试验种植玉米(玉米单作、玉米∥大豆、玉米∥马铃薯),测定3个生育期(拔节期、大喇叭口期、抽雄期)玉米根系分泌总糖含量、总有机酸含量和土壤团聚体状况,分析间作对玉米根系分泌物及团聚体稳定性的影响。结果表明:玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量随生育期的推移而增加,间作显著提高玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量,玉米∥马铃薯玉米∥大豆。在抽雄期,玉米∥大豆、玉米∥马铃薯相比玉米单作0.25mm水稳性团聚体含量(R_(0.25))分别显著提高6.19%,8.17%;平均质量直径(MWD)分别提高5.04%,10.08%;几何平均直径(GMD)分别提高6.12%,12.24%;分形维数(D)分别显著降低0.72%,1.09%;团聚体破坏率(PAD)分别显著降低16.77%,26.08%。在根系分泌物最大的抽雄期,玉米根系分泌总糖含量、总有机酸含量与R_(0.25),GMD,D,PAD呈极显著相关关系(P0.01)。因此,间作可通过增加玉米根系分泌总糖含量和总有机酸含量,进而提高土壤团聚体的稳定性。     

地下部分隔对蚕豆/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮残留影响

利用田间试验,探讨了地下部分隔对蚕豆/玉米间作氮素吸收和土壤硝态氮残留的影响,结果表明:蚕豆/玉米间作,蚕豆不分隔条件下籽粒和秸秆吸氮量比分隔分别增加20 10%,34 43%;玉米不分隔条件下籽粒吸氮量与分隔近似,但秸秆吸氮量比分隔减少13 04%;蚕豆和玉米不分隔条件下土壤硝态氮累积量都高于分隔。蚕豆/空带间作,蚕豆不分隔籽粒吸氮量高于分隔,但土壤硝态氮累积量没有差异。空带/玉米间作,地下部分隔与否,作物吸氮量和土壤硝态氮累积量都没有差异。     

贵州坡耕地三种种植模式的水土保持效果对比研究

通过研究紫花苜蓿—玉米间作、作物分带轮作和玉米单作3种种植模式下地表覆盖度和表层土壤含水量月变化,年均土壤和养分流失量以及产量等,比较不同模式的水土保持效果。结果表明:紫花苜蓿—玉米间作与分带轮作模式可保持坡耕地全年覆盖,并在整个雨季保持较高的覆盖度。紫花苜蓿根系发达,增加了0—20cm耕层土壤中的根量,增强了土壤的渗透能力,保护了生物多样性,可减少地表径流39.3%,减少土壤侵蚀59.3%;分带轮作可减少地表径流10.4%,减少土壤侵蚀21.3%;两种模式都提高了雨季前和雨季耕层土壤中的水分,减少了水土流失引起的有机质流失29.9%～52.4%,全N流失26.7%～54.9,全钾流失27.3%～70.9%,缓效钾流失21.4%～58.9%,提高玉米产量33.0%～35.9%;紫花苜蓿—玉米间作还可收获紫花苜蓿干草13 664kg/hm2,复合产量是农民习惯的4.1倍;分带轮作可收获大豆、红薯、油菜等,复合产量为12 492kg/hm2,是农民习惯的2.7倍。     

玉米不同间作方式对坡耕地水土流失的影响

针对云南山地种植措施不合理、水土资源流失严重的现状，进行了玉米间作蔬菜和草带等不同种植方式对坡耕地水土流失影响的研究。结果表明：8月份玉米间作马铃薯的径流量比玉米裸地单作减少37．4％；7月、8月份玉米间作白菜的土壤侵蚀量比玉米裸地单作分别减少46．7％和58．2％；7，8，9，10月份玉米间作混播草带（处理G）侵蚀量分别比玉米裸地单作显著减少68．9％，74．6％，84．5％和82．1％（P〈0．01）；玉米间作白菜、间作马铃薯、间作辣椒总侵蚀量分别比玉米裸地单作显著减少47．O％，43．8％和10．2％（P〈O．01）；玉米间作草带（处理D，G）总侵蚀量分别比玉米裸地单作显著减少60．8％和70．0％（P〈0．01），玉米间作马铃薯的总径流量比玉米盖膜单作减少21．0％；在低雨强、中雨强和高雨强下，玉米间作处理的平均侵蚀量分别比玉米裸地单作减少35．7％，61．4％和70．2％。说明玉米间作蔬菜和牧草能有效减轻坡耕地水土流失，在高强度降雨中，其水土保持效果更明显。     

不同轮作模式对黄淮平原潮土区土壤养分及作物产量的影响

通过大田试验,研究黄淮平原潮土区不同轮作方式对不同土层土壤速效养分和小麦产量构成因素及产量的影响.采用随机区组设置连续的小麦-玉米(WM-WM-WM)、1周期小麦-玉米+1周期小麦-大豆(WM-WS-WM)、1周期小麦-玉米+1周期小麦-夏花生(WM-WP-WM)、连续的小麦-夏花生(WP-WP-WP)和连续的小麦-大...     

咸水灌溉对麦—玉两熟制农田土壤水稳性团聚体的影响

为探明咸水灌溉对麦—玉两熟轮作农田土壤团聚体的影响效应,在长期定位咸水灌溉试验(始于2006年)的基础上,研究了不同矿化度咸水连续灌溉第13~14年农田土壤盐分(EC e)及水稳性团聚体分布和稳定性指标的变化规律。试验设置5个灌溉水矿化度处理,分别为1,2,4,6,8 g/L。结果表明,0—40 cm土层土壤EC e随灌溉水矿化度增加而增大,4,6,8 g/L灌水处理与1 g/L处理间差异达显著水平。咸水灌溉改变土壤水稳性团聚体的粒级分布,灌溉水矿化度≤4 g/L时,0—40 cm土壤水稳性团聚体以大团聚体(>0.25 mm)为优势粒级,随灌溉水矿化度增加,大团聚体质量分数降低,微团聚体(0.053~0.25 mm)和粉+黏团聚体(<0.053 mm)质量分数增大,当灌溉水矿化度达到6 g/L时,粉+黏团聚体占比最大。咸水灌溉降低土壤水稳性团聚体的稳定性,随灌溉水矿化度的增加,土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径减小,分形维数增大,但2 g/L与1 g/L灌水处理间无显著差异。在该研究灌溉制度下,≥4 g/L咸水灌溉显著增加土壤盐分,破坏土壤团粒结构,应谨慎使用。     

污泥堆肥对盐碱土土壤环境和作物生长的影响

以城市污水处理厂污泥堆肥为研究对象,采用盆栽试验方法研究不同用量(0%,5%,10%,20%)污泥堆肥施入盐碱土后,对玉米、大豆生长情况及土壤环境的影响。结果表明,施用污泥堆肥可降低盐碱土pH值和总盐含量,提高土壤养分及酶活,增加土壤微生物量碳、微生物量氮,同时施用污泥堆肥土壤重金属Zn、Cu含量增加,当施用量为20%时,土壤Zn含量超标。另外,玉米和大豆在污泥堆肥施用比例分别为10%和5%时长势最佳,且作物籽粒中重金属含量在国家食品卫生标准范围内。