护岸金丝柳根系分布特征和力学特性分析

了解不同土壤生物工程措施下根系分布特征与抗拉特性对土壤生物工程措施的合理配置意义重大。以竣工5年的北京市怀柔区土壤生物工程试验区4种不同种植方式(埋根、扦插、梢捆、灌丛垫)下的金丝柳根系为研究对象,测量统计不同土层深度、不同径级的根系生物量并进行单根拉伸试验,分析在不同种植方式下金丝柳根系的生物量分布特征和单根抗拉特性,结果表明:灌丛垫和梢捆措施根系主要分布在0~40cm深度的土层中,在0~20cm土层中尤为集中。灌丛垫方式下根径≤1mm的细根含量丰富(占其总量的31.3%),须根系最为发达,梢捆次之,细根含量占其总量的19.2%。不同种植方式下根系抗拉力与直径都呈正相关,且以幂函数的规律变化。在0~20cm的土层中,不同种植方式下根系的抗拉特性存在较大差异,平均抗拉力从大到小依次为埋根、扦插、梢捆、灌丛垫;而平均延伸率从大到小依次为灌丛垫、梢捆、扦插、埋根。所以,灌丛垫和梢捆方式下根系浅层生物量较大,须根发达且具有更好的延伸性能,可有效减轻表土侵蚀,应设置在水位浮动区;埋根和扦插措施下根系能抵抗更大的剪切力,更好地深入土层深处,可设置在岸堤区。      

磨盘山典型灌草根系抗拉力学特性及其影响因素研究

为研究西南典型红壤土石山区护坡植物根系固土力学机制,选取4种景观绿化护坡乡土植物（栽秧泡、星毛金锦香、狗尾草、灯芯草）根系开展单根抗拉实验,对比分析根系力学特性及其相关影响因素。结果表明：4种植物根系抗拉能力排序为栽秧泡>星毛金锦香>狗尾草>灯芯草,随根径的增大抗拉力增大,抗拉强度减小。随着根径的增大星毛金锦香、狗尾草、灯芯草根系木质素含量、木纤比逐渐增大,纤维素含量减小,栽秧泡变化相反。4种植物根系抗拉能力与纤维素、木质素含量显著相关;星毛金锦香、狗尾草、灯芯草根系抗拉力与纤维素含量显著负相关,与木质素含量、木纤比显著正相关,抗拉强度与纤维素含量显著正相关,与木质素、木纤比显著负相关;栽秧泡根系抗拉特性与化学成分的关系与之相反。根系应力-应变曲线初始阶段为线性关系弹性特征较好,当荷载继续增大表现塑性材料特征;根系最大延伸率随根径的增大而减小,最大的为栽秧泡。4种植物单根力学特性均符合水土保持植物要求。     

华北地区4种常见乔木根系抗拉强度的力学综合模型

抗拉强度是建立边坡稳定模型时最常使用的植被根系特性之一。为建立根系抗拉强度的力学综合模型,对华北地区4种常见乔木油松、白桦、落叶松和蒙古栎的单根依照不同标距、不同拉伸速率进行了拉力试验。试验数据的分析结果表明:所有根系抗拉强度的观测值均通过正态检验;从数学角度出发,应用聚类分析方法,区分出4种乔木的极细根和细根;标距、树种对抗拉强度影响显著,拉伸速率对抗拉强度影响不显著。在理论推导和数据分析的基础上建立了乔木单根抗拉强度的力学综合模型,并对模型参数进行求解。该研究探明了单根抗拉强度的作用机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考价值。      

三峡库区几种耐水淹植物根系力学特征与土壤抗剪强度

为明确耐水淹植物根系的力学特征及其对土壤抗剪强度的增强效应,研究了10种耐水淹植物根系的根体积密度、不同径级的最大抗拉力,计算了各物种根系的平均抗剪强度、对土壤的抗剪强度理论增强值,并测量了根系对土壤的抗剪强度实际增强值。研究发现:1不同耐水淹物种根系的平均最大抗拉力和平均抗剪强度差异较大,它们的值分别在4.25~14.81 N及6.55~28.94 MPa之间,其中,甜根子草的平均最大抗拉力最大,达到了14.81 N,显著高于其他所有物种;狗牙根和香附子有较大的平均抗剪强度,分别为28.94和22.06 MPa,显著高于其他物种,而空心莲子草最低。2不同物种根系的最大抗拉力随根系径级的增加而增大,其关系均符合幂函数方程y=axb(P0.001);3不同物种根系的抗剪强度随径级的变化而变化,除卡开芦、牛鞭草和秋华柳外,其变化特征符合方程y=a+bx+cx2(P0.05);4不同物种的根系对土壤抗剪强度的增强值不一样,就理论值而言,香附子增加值最大,其值为1.16 MPa,显著高于其他物种,其次为荻和香根草等;从实际测量值来看,香附子对土壤抗剪强度增加值也最大,其值达到了27.52 MPa,显著高于其他物种,其次为荻和香根草等。结果表明,植物根系的最大抗拉力及抗剪强度与根系的径级关系密切;根系对土壤抗剪强度的增强值与根系的抗剪强度密切相关,实际应用Wu-Waldron模型还需考虑其他因素的影响;香附子具有较强的增强土壤抗剪能力,其次为荻和香根草等,空心莲子草和狗牙根的增强作用相对较弱。     

草本植物根系对边坡浅层土体抗剪强度的影响规律研究

[目的]研究草本植物根系对边坡浅层土体抗剪强度的影响规律。[方法]以阜新海州露天煤矿为工程依托,采用理论分析方法,建立了草本植物根系与土相互作用的力学模型,深化了草本植物根系固土改性的力学认识;采用直剪试验,选用马唐草与狗尾草为研究对象,研究了不同含根率与不同含水率共同作用下根-土复合体的抗剪强度及其相关参数的变化规律。[结果]根-土复合体的最佳抗剪强度与最优含根率相对应;2种草本植物根-土复合体抗剪强度随正压力的增加而增大,随含水率的增加而降低,在未达到含根率之前,随含根率增加而增大;根-土复合体黏聚力与抗剪强度变化规律相似,根系提高土体的抗剪强度主要体现在土体黏聚力的增加。[结论]该研究可为浅层边坡的固土稳定提供参考。     

土体含水率和相对密实度变化与植物根系固坡效果

在土样中加入植物纤维,模拟植物根系的加筋作用,采用三轴试验,研究含水率和土体相对密实度的变化对植物根系复合土抗剪强度指标变化的影响.结果表明:土体越密实,植物根系加筋效果越明显,相对密实度为85％时,可使最大主应力差增加20％～ 30％;相对密实度为75％时,植物根系的加筋效果不明显.黏聚力和内摩擦角也表现出类似的情形,无论是否加筋,黏聚力首先随含水率的增加而增大,含水率超过14％后,随含水率增加而减小;含水率在14％时,植物根系加筋对黏聚力提高的效果最明显.内摩擦角基本上随含水率的增加而减小,含水率越大,植物根系对内摩擦影响越小.研究成果可对植物固坡的设计提供依据.     

8种乔木树种截干处理根系活力的研究

采用截干处理的方法,测定8种乔木树种的根系活力相关指标,评定了8种植物矮化后在高盐碱区的适应性,说明各个树种能够通过自身调节防止膜脂过氧化加剧,使质膜受到的伤害较小。     

磨盘山4种典型护坡植物根系特征及其对土壤含水率的影响

采用野外定位实测和室内分析相结合的方法,基于结构方程模型研究了西南典型红壤土石山区4种公路边坡护坡植物根系特征及其对同空间内土壤水分的影响.结果表明:灌木植物根系属V type垂直构型,草本植物为散生须根属M type团网构型,4种植物根系呈浅层化分布,代表根径均为细根,草本植物根系长度、干质量、表面积均大于灌木植物,且分布趋势均随土层加深而减少;根系分布与同空间内土壤水分显著正相关(P<0.01),根系表面积和根系干重等特性对土壤含水率呈极显著的正相关影响,结构方程路径总系数达0.99,根系结构由粗根含量决定,且对土壤含水率存在系数-0.39的显著负相关,对根系特性和根系延伸范围存在总系数-1.50和-1.54的极显著负影响.草本植物对较浅或贫瘠的土壤边坡的适应性更好,其保持土壤水分的作用更好,而土层较深边坡建议选择灌草搭配的方式来达到保水固土的目的.     

沙棘根系固土力学特性对其平茬复壮的响应

为考察平茬措施对根系力学特性的影响，以内蒙古干旱半干旱地区水土保持先锋灌木沙棘（Hippophae rhamnoides）根系为研究对象，使用TY-8000拉力机，进行单根极限拉伸试验和根土界面拉拔摩阻试验，并分析平茬对沙棘根系固土力学特性的影响。试验结果显示，在测试根径为0~5 mm时，平茬和未平茬条件下，沙棘单根极限抗拉力、抗阻拉力均与直径呈幂函数正相关；单根极限抗拉强度、根-土界面拉拔抗剪强度均与直径呈幂函数负相关。在代表根径级0.5~1.5 mm，沙棘平茬较未平茬平均单根极限抗拉力值提高31%；平均单根极限抗拉强度提高37%；平均拉拔抗剪强度提高30%。研究结果表明，直径对沙棘根系抗拉强度和抗剪强度均有影响，且沙棘经平茬处理后，抗拉特性和抗剪特性均有所提高。     

3种植物根-土复合体抗剪特性的影响因素

本文采用直剪仪对内蒙古中西部3种乡土植物柠条(Caragana korshinskii Kom)、沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)和杨柴(Hedysarum leave Maxim)的根-土复合体进行不同法向荷载下的剪切试验研究,分析根密度、根径和剪切速率等对根土复合体抗剪特性的影响,揭示3种植物根土复合体抗剪特性的共同规律及其种间差异性,从根系固土力学的角度为该区域水土流失防治的植物措施中树种的选择及其配置提供一方面科学的参考依据;结果表明,在12.5 KPa对应的80 cm土层,3种植物根-土复合体的抗剪强度、黏聚力总体呈现随着根径的增加呈先增大后减小的变化特征。3种植物根-土复合体抗剪强度、粘聚力间相比较大小顺序一致,其中抗剪强度均值大小为柠条17.91±2.7A沙棘16.8±2.1 B杨柴15.53±0.7C,粘聚力均值大小顺序为柠条7.81±1.6 A沙棘7.19±2.33 B杨柴5.99±2.14 C。根密度对3种植物根-土复合体抗剪强度及其强度指标的影响与根径总体呈现一致的变化特征。3种植物根土复合体在0.8 mm/min的快剪时对应的抗剪强度和黏聚力、内摩擦角均大于0.02 mm/min慢剪时对应的值。表明,土壤含水率在一定范围内的增加可以提高表层土壤的力学性能。通过上述研究结论得出,植物种不同则生物学特性不同,每种植物根系固土力学性质达到最佳时所要求的内在条件(根径、根密度等)和外在条件(剪切速率),既有相同之处也有区别。     

水分胁迫对4种菊科蒿属植物抗氧化特性的影响

【目的】研究菊科蒿属植物适应土壤干旱条件的抗氧化特性,为揭示生态恢复过程中植被演替的规律提供理论依据。【方法】以黄土高原演替初期阶段的猪毛蒿(Artemisia scoparia Waldst.et Kit.)、茭蒿(Artemisiagiraldii Pamp.)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii Web.ex Stechm.)3种优势种和1种常见种黄花蒿(Artemisia annuaLinn.)为供试材料,采用盆栽试验,利用称质量控水法,将土壤含水量分别控制在田间最大持水量的75%(适宜水分对照)、55%(中度水分胁迫)和35%(重度水分胁迫),测定不同水分胁迫条件下4种菊科蒿属植物超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性,以及丙二醛(MDA)、抗坏血酸(Vc)、类胡萝卜素(Car)含量的变化,并采用隶属(反隶属)函数法对4种菊科蒿属植物的抗氧化特性进行了综合评价。【结果】在水分胁迫条件下,铁杆蒿具有相对最高的SOD活性和最低的POD活性;猪毛蒿的CAT、POD活性相对偏低,其余各项指标的活性和含量相对均衡,膜脂过氧化程度较低;茭蒿有相对最高的CAT活性、Vc含量、膜脂过氧化程度和最低的Car含量;黄花蒿有相对最高的POD活性、Car含量和相对最低的Vc含量、SOD活性、膜脂过氧化程度。4种蒿属植物铁杆蒿、猪毛蒿、茭蒿、黄花蒿在水分胁迫下的抗氧化特性隶属值分别为0.369,0.418,0.428,0.514。【结论】在水分胁迫条件下,4种菊科蒿属植物的抗氧化特性差异较大,综合评价认为,黄花蒿整体抗氧化能力最强,茭蒿、猪毛蒿次之,铁杆蒿最弱。     

不同磷水平下4种柑橘砧木的生长状况、根系形态和生理特性

【目的】探索不同磷水平对柑橘砧木生长和根系形态及其相关生理特性的影响,为发掘磷高效柑橘砧木提供科学依据。【方法】以贵州喀斯特山地分布的野生宜昌橙(Citrus ichangensis Swingle)、酸橙(C.aurantiumL.)、白?檬(C.limonia Osbeck)和栽培种枳(Poncirus trifoliata Raf.)为材料,采用砂培方法研究不同磷水平(5、25和45 mg·L-1)下4种柑橘砧木的生长及生物量大小、根系形态特性、叶片和根系的酸性磷酸酶(Apase)及硝酸还原酶(NR)活性、根系分泌性酸性磷酸酶(SAPase)活性和根系的磷吸收动力学参数。【结果】在5 mg·L-1磷水平下,宜昌橙生长发育受到的抑制较小,其次为白?檬和酸橙,对枳的抑制最强。当营养液中磷浓度达到25mg·L-1时,宜昌橙和白?檬的株高、基径及鲜重和干重生物量、根系总长、总表面积、总体积和根尖数达到最大,5 mg·L-1的处理次之,45 mg·L-1的处理最小。随营养液中磷浓度的提高,酸橙和枳的上述指标和根冠比随之增大,宜昌橙和白?檬的根冠比则随之变小。在低磷条件下,宜昌橙的侧根粗度、二级侧根数量及密度和根冠比最大,叶片NR活性强弱顺序为宜昌橙白?檬酸橙枳,根系的NR活性强弱顺序为酸橙白?檬宜昌橙枳。不同砧木叶片和根系NR活性随供磷水平降低而明显减弱。在低磷胁迫下,砧木叶片及根系的APase活性和根系的SAPase活性响应强弱顺序为宜昌橙白?檬酸橙枳。在低磷条件下,宜昌橙的Imax大于白?檬、酸橙和枳,而Km和Cmin比白?檬、酸橙和枳的小。【结论】宜昌橙忍耐低磷胁迫的能力强,在低磷条件下根系形态和生理的适应性机制响应比其他3种柑橘砧木更加明显,表现出较强的磷吸收动力学特性。     

北京山区4 种典型林分枯落物持水 特性的定量分析

以北京山区4种典型林分为研究对象,测定各林分枯落物的蓄积量,并采用室内浸泡法对枯落物持水过程进行分析,结果表明:(1)林分枯落物厚度及蓄积量均表现为栓皮栎林侧柏林油松林刺槐林,其中半分解层蓄积量占80%以上;(2)最大持水量变化范围为9~77 t/hm~2,有效持水量变化范围为6~53 t/hm~2;(3)枯落物持水过程表现为"迅速吸水-缓慢吸水-逐渐饱和",相同持水时间下,4种林分的未分解层枯落物持水量大小为刺槐栓皮栎侧柏、油松,半分解层枯落物持水量大小为栓皮栎油松侧柏刺槐;(4)枯落物吸水速率随浸水时间的增加而减小,两者呈一定的幂函数关系(V=ktn)。