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。     

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.     

植物根系固土作用研究进展

植物根系是植物吸收水分和养分的重要器官。强大的植物根系不仅可从土壤中吸收植物生长所必须的水分和养分,而且对于改良土壤的结构和成分,增强土壤的抗侵蚀能力和抗剪切能力有着重要的作用。从植物根系方面来研究土壤抗侵蚀能力是一个多学科交叉的新领域。通过多学科、多领域的联合研究,系统地揭示植物根系固土作用和固土机理,植物根系通过增强土壤的抗蚀性、抗冲性、抗剪强度以及根系的锚固力作用,提高了土壤的抗侵蚀能力。对于更有效地控制水土流失、保护和改善生态环境具有非常重要的意义。     

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。     

嫩江大堤植物根系固土护堤功能研究

通过对嫩江大堤护坡植物根系及土壤抗冲、抗蚀及抗剪强度的测定分析,发现同一地段土壤的抗冲、抗蚀（水稳性）指数及抗剪强度均是表土层大于底土层。植物根系有较强的固持土壤功能,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９１４６和０８１９７。有机质含量高的土壤抗蚀性强,水稳性指数大,土壤抗蚀性与有机质含量间的相关系数为０９１３２,与根长和根量的相关性相对较低,单相关系数分别为０８１３７和０８０９１。土壤稳定性与植物根量关系密切,根量大,其抗剪强度就大,相关系数为０９８１４。在现有的植物中,牛毛草地抗蚀能力最大,其固土护坡护堤功能最强,应大力推广。     

4种植物生长旺盛期根系易受损的外力类型研究

在植物生长旺盛期,采用材料试验机测定3~4年生柠条、沙柳、沙棘、白沙蒿在1~4mm径级范围内的侧根分支处、相邻上级直根的抗拉力与抗折力,研究4种植物根系易受损的外力类型。结果表明:同径级条件下,柠条和沙柳的侧根分支处、相邻直根均表现为抗拉力小于抗折力,而沙棘和白沙蒿侧根分支处和相邻直根均表现为抗拉力大于抗折力。侧根分支处抗拉强度和抗折强度分别为:柠条(23.70±3.97)(33.66±7.74)MPa,沙柳(14.86±1.28)(17.31±1.91)MPa,沙棘(10.61±2.40)(3.97±1.23)MPa,白沙蒿(5.07±1.25)(2.18±0.39)MPa;相邻直根的抗拉强度和抗折强度分别为:柠条(28.02±4.40)(47.06±4.41)MPa,沙柳(20.33±1.76)(27.54±3.82)MPa,沙棘(15.86±3.90)(8.75±1.71)MPa,白沙蒿(8.80±1.74)(6.15±1.01)MPa。在生长旺盛期,造成柠条和沙柳根系易损的外力类型为轴向拉力,造成沙棘和白沙蒿根系易损的外力类型为径向折力。同一径级下,4种植物根系的抗拉强度、抗折强度均为侧根分支处小于相邻上级直根。4种植物根系抗拉强度和抗折强度的种间差异均为柠条沙柳沙棘白沙蒿。在4种植物根系固土作用中,1~1.5mm范围内的细根起主导作用。     

不同类型土壤—柠条根系复合抗剪力学特性的比较

为揭示柠条根系固土抗蚀机理,以柠条锦鸡儿与低液限粘土、砒砂岩风化土、含细粒土砂3种土壤类型的根土复合体做为对象进行室内直剪试验,研究3种土壤类型的柠条根土复合体抗剪强度及强度指标,分析其差异性.结果表明:3种不同土壤类型下柠条根土复合体剪切规律均服从摩尔—库仑强度破坏准则.0.05显著水平下,12.5kpa下根系提高土...     

不同植物对铅锌矿废弃地矿渣抗侵蚀性的影响

以废弃铅锌矿矿渣为同一基质,选择苗期光皮桦(Betulalum in iferaH.Winkl)、醉鱼草(Buddle jalind leyanaFort.)、芦竹Arundo donaxLinn.)及五节芒〔Miscanthus floridulus(Lab.)Warb.exSchumet Laut〕进行露天盆栽试验,并以生长200d后的4种植物根系及矿渣为研究对象,分析比较了4种植物的根系特征及其对矿渣紧实度、抗冲抗蚀性的影响。结果显示,4种植物的地下生物量大小为芦竹 > 醉鱼草 > 五节芒 > 苗期光皮桦,并且芦竹的根系总量明显大于其他3种植物;4种植物对矿渣的抗蚀性和抗冲性均有明显增强效应,芦竹对矿渣抗冲抗蚀性的增强效果最明显,其中芦竹对矿渣抗蚀增强系数达0.98,对矿渣抗冲性增强值为26.63。矿渣受侵蚀减缓率与植物根系生物量成显著正相关关系。     

三峡库区狗牙根根系固坡抗蚀效应研究

研究了三峡库区嘉陵江岸的野生狗牙根(Cynodon dactylon (L.) Pers.)根系在土壤表层(0-30 cm)的分布特征,并从土壤理化性质和抗剪强度方面分析了其固坡抗蚀效应。研究结果表明:(1)样本的根系密度(RSD,root system density)与根系生物量呈较显著的正线性相关(R2=0.874 7),且90%总根数和86%的总根量均集中分布在0-30 cm的表土层;(2)狗牙根根系改变了土壤结构,土壤容重与根系生物量呈极显著的负线性相关(R2=0.977 8),总孔隙度与根系生物量呈极显著的正线性相关(R2=0.980 5);(3)狗牙根根系提高了土壤团聚体和有机质含量,土壤团聚体、有机质含量均与根系生物量呈极显著的正线性相关(R2=0.947 7,0.952 7);(4)根系增强了土体的抗剪强度,根系密度越大则抗剪强度增量越大;(5)根系对土体抗剪强度的增强主要是通过粘聚力来实现;(6)根系主要是通过增强土体的抗剪强度来实现其固坡抗蚀效应。     

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。     

内蒙古中西部3种乡土植物根系抗拉力学特性的对比研究

[目的]研究内蒙古中西部地区3种乡土植物种根系的抗拉机理,为该区水土保持的树种选择提供依据。[方法]以内蒙古中西部地区3种常见植物柠条、沙棘和紫花苜蓿根系为对象,进行室内单根瞬时极限拉伸试验研究。[结果](1)3种植物单根极限抗拉力随着直径的增加而增大,单根极限抗拉强度随直径的增加均呈幂函数递减。(2)当直径在0.19mm~2.89mm范围内相同径级时,3种植物单根极限抗拉强度和弹性模量均值大小顺序相同,依次为:柠条沙棘紫花苜蓿,3种植物根径≤0.5mm的细根具有较大的极限抗拉强度和弹性模量;(3)同一树种当根系直径相同时,土壤含水率高则其单根平均极限抗拉强度小。[结论]根系的力学特性与形态结构特征的结合,是选择适宜的水土保持树种非常重要的因素。从根系抗拉性能方面评价3种植物根系固土抗蚀能力大小则柠条优于沙棘和紫花苜蓿。     

半干旱地区3种植物根系的抗弯力特征

[目的]研究内蒙古中西部3种典型水土保持植物柠条(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、紫花苜蓿(Medicago sativa)的根节点与相邻直根在不同直径下抗弯力和抗弯强度,为植物根系网络固土内在机理的研究提供科学依据。[方法]通过悬臂梁弯曲试验的方法,对3种植物的根节点与相邻直根进行抗弯试验。[结果]在测试根径1~5mm范围内,3种植物根节点和相邻直根的抗弯力与直径均呈幂函数正相关,3种植物根节点和相邻上级直根平均抗弯力的种间大小顺序一致,为柠条紫花苜蓿沙棘。在测试根径2~5mm范围内3种植物根节点的平均抗弯强度均小于各自相邻上级直根的平均抗弯强度,且种间大小顺序为柠条(21.87,24.33 MPa)紫花苜蓿(10.69,17.02 MPa)沙棘(4.81,4.95MPa)。[结论]3种植物中柠条根系抵抗弯曲变形的能力最大。沙棘根节点与其相邻直根抗弯强度差值最小,其各级根系间共同作用抵抗变形的能力最好,有利于根系网中各级根系间的固结,更加有助于根系网发挥其固持土体的作用。     

冀北坝上地区3种人工灌木林地防风蚀效果的比较

选取冀北坝上地区防风固沙林为研究对象,通过观测风速、地表粗糙度、临界起沙风速、输沙量、风沙流结构等指标,对比分析3种人工灌木林地(沙棘林地、柠条林地、沙柳林地)防风蚀效果。结果表明:人工植被能够增加地表粗糙度,改变近地表风场和风沙流结构,降低风速,减少输沙量,有效防治土壤风蚀。不同人工灌木林地防风蚀效果存在较大差异。从主要观测指标来看,粗糙度和临界起沙风速为柠条林地>沙棘林地>沙柳林地;输沙量为柠条林地<沙棘林地<沙柳林地;防风效应为沙棘林地>沙柳林地>柠条林地;固沙效应为柠条林地>沙棘林地>沙柳林地。冀北坝上地区应充分发挥林木防风固沙、保持水土的特性,采用生物治沙技术与措施,合理配置人工植被开展生态建设,防治土壤风蚀,改善生态环境。     

黄土区不同龄期灌木柠条锦鸡儿根系的分布特征及其固土护坡效果

为定量评价西宁盆地黄土区优势灌木柠条锦鸡儿根系固土护坡效果,该研究以区内生长期为幼龄期（<6 a）、中龄期（6～14 a）和老龄期（>14 a）3个龄期的柠条锦鸡儿为研究对象,通过原位挖掘法与原位拉拔试验相结合的方式,调查不同龄期柠条锦鸡儿根系形态学指标和根系分布特征,并通过单根拉伸试验获得单根抗拉强度。以此为基础,利用WWM模型对不同龄期柠条锦鸡儿根系附加黏聚力进行计算,评价不同龄期柠条锦鸡儿根系对土体抗剪强度的增强效果。结合有限元数值模拟分析,定量评价不同龄期柠条锦鸡儿根系加筋和锚固作用对黄土边坡稳定性的贡献。结果表明：随着龄期的增加,柠条锦鸡儿根系埋深、根系总根长、主根根径和主根根长均逐渐增加;各龄期柠条锦鸡儿根系主要分布在0～0.6 m土层深度范围内,随着土层深度增加,幼龄期和老龄期根系根长和根数呈逐渐减少趋势;中龄期根系则呈先增大后减小趋势,根长和根数的最大值出现在0.3～0.6 m的土层深度内。幼龄期和老龄期柠条锦鸡儿根面积比和根系附加黏聚力均随着土层深度增加而逐渐减少,中龄期柠条锦鸡儿则呈先增大后减小变化趋势,且该龄期根系增强土体抗剪强度的效果相对最为显著。不...     

梯田埂坎植物根系营养空间及伸展模式初步研究

 采用三维坐标挖掘法对宁夏南部山区梯田埂坎上较为常见的几种植物根系分布进行了调查,并对根系的伸展模式进行了分类。结果表明:红柳、苜蓿、柠条的根系分布较深,表现出垂直根型的特点;杞柳、杨树表现出了较强的趋水肥的特点;几种植物都表现出不同程度的生态可塑性。阳坡密植的红柳、靠近埂坎下部栽植的柠条、苜蓿、树龄5年以下的杞柳、大地埂中部的杨树根系伸展模式比较符合农林复合系统的要求。建议红柳采用密植的方法栽植于阳坡,阴坡栽植杞柳,但随树龄的变化应适当调整株距;杨树不宜作为埂坎造林的树种,适当发展苜蓿。     

晋北丘陵风沙区不同植被恢复模式的水土保持效应

通过对山西右玉贾家窑阳坡退耕还林约20年后的4种植被恢复模式(自然恢复草地、油松林、柠条灌丛和油松—柠条林)土壤水分、理化性质、径流量和侵蚀量的测定,探讨了不同植被恢复模式的水土保持效应。结果表明:(1)4种植被恢复模式0—100cm土层土壤平均含水量无显著差异,油松林和自然恢复草地的土壤容重高于油松—柠条林和柠条灌丛,土壤总孔隙度的变化趋势与容重相反;(2)4种植被恢复模式0—20cm土层土壤粒度组成、pH、有机质、铵态氮和速效磷无显著差异,硝态氮和速效钾差异明显(P0.05);(3)4种植被恢复模式径流量没有明显差异,但土壤侵蚀量自然恢复草地和油松林显著高于柠条灌丛和油松—柠条林(P0.05);(4)覆盖度相似条件下,根系密度、近地表植被盖度和枯枝落叶层厚度是影响林草植被水土保持效应的主要因素。     

黄土丘陵区4种典型植被对土壤养分及酶活性的影响

土壤酶积极参与土壤系统的生物化学过程,是联系"植物-土壤酶-土壤养分"的关键纽带。为探讨植被类型对黄土高原丘陵区土壤养分及酶活性的影响,以黄土丘陵区4种典型植被(荒草地、文冠果林地、柠条灌丛、沙棘林地)为研究对象,通过采集0—10,10—20,20—40 cm层土壤样品,测定和分析土壤养分(碳、氮、磷)及土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、淀粉酶)的变化特征。结果表明:文冠果林地0—40 cm层土壤有机碳和全氮含量比荒草地、柠条灌丛、沙棘林地高出了19.42%和35.15%、82.98%和40.49%、67.27%和24.12%,土壤全磷含量最大值(沙棘林地)比最小值(柠条灌丛)高出了12.45%。随着土层深度的增加,土壤有机碳、全氮、全磷含量在柠条灌丛中呈现"升-降"的变化规律,在其他3种植被类型中均呈逐渐减小的趋势。4种植被类型下土壤淀粉酶、脲酶和蔗糖酶活性差异显著(P0.05),土壤酶活性随着土层深度的增加逐渐减弱。其中土壤淀粉酶最大值出现在荒草地,脲酶和蔗糖酶活性最大值为文冠果林地,3种酶的最小值均出现在柠条灌丛。相关分析表明,土壤有机碳与全氮、蔗糖酶、脲酶极显著正相关(P0.01)。土壤全氮与脲酶在0.01水平上极显著正相关,与全磷、蔗糖酶在0.05水平上显著正相关。土壤全磷与硝态氮呈极显著的负相关(P0.01),与蔗糖酶呈极显著的正相关(P0.01),与淀粉酶呈显著正相关(P0.05)。因此,植被类型是影响黄土高原土壤酶活性和养分变化的重要因素。     

宁南黄土丘陵区不同植被措施的土壤水分特征

 为阐明宁南黄土丘陵区不同植被措施与土壤水分特征之间的关系,应用离心机法及定水头法分别测定土壤的水分特征曲线及土壤饱和导水率,研究该地区植被措施下土壤的水分特征。结果表明:土壤含水量与土壤水吸力之间的关系符合幂函数θ=aSb,且相关水平达极显著。参数a的大小与不同植被有一定的关系,且呈现出有规律的变化,苜蓿>沙棘>天然草>杏树>柠条>农田。土壤饱和导水率天然草与苜蓿最高,农田最低,沙棘、柠条等灌木林地居中。在同一吸力范围内,苜蓿的含水量最高,沙棘次之,天然草、柠条及杏树含水量基本相同,农田最低。在低吸力段土壤平均含水量为苜蓿>沙棘>农田>天然草>杏树>柠条,但除苜蓿及沙棘外,农田、天然草、杏树及柠条差异不大。在中吸力阶段,平均土壤含水量苜蓿>天然草>杏树,且苜蓿相对较高,随着土壤吸力的增大,土壤含水量差异逐渐缩小。凋萎含水量除苜蓿最大,其次为沙棘和天然草,柠条、杏树次之,农田最低。     

土壤水分对植物根-土界面相互作用特性的影响

为研究不同土壤水分下不同植物根系与土壤界面的摩阻特性,使用直剪仪对内蒙古中西部的5种典型乡土植物(柠条、沙棘、杨柴、紫花苜蓿和沙打旺)的根系在不同土壤含水率下进行根-土界面直剪摩擦试验。结果表明:当土壤含水率在4.5%~24.5%时,5种植物根-土界面摩擦系数均大于素土的土-土界面的值,且随着土壤含水率的增加,根-土界面和土-土界面摩擦系数均呈下降趋势,其中沙棘根-土界面的摩擦系数和黏聚力均大于其他4种植物的值,表明仅从根系与土壤间的相互作用特性来看,沙棘根系固土抗蚀的作用明显优于其他4种植物。根-土界面和土-土界面黏聚力均随着土壤含水率的增加呈先增后减的变化特征,且植物种不同黏聚力峰值出现时对应的土壤含水率亦不同。     

不同根系构型草本与灌木复合对土壤饱和导水率的影响因素分析及模拟

[目的] 探究不同根系构型草本与灌木复合时的根土性质的差异对土壤饱和导水率的影响,并综合考虑根系和土壤性质建立估算土壤饱和导水率的经验方程,为黄土高原植被恢复后的水文模型建立提供理论参考。[方法] 选取不同根系构型草本与灌木的混合样地,分别为柠条锦鸡儿加冰草(须根系)和柠条锦鸡儿加铁杆蒿(直根系)。采用双环刀法测定不同样地土壤饱和导水率。[结果] 样地类型和土层深度对土壤饱和导水率的影响达到显著水平,两者对土壤饱和导水率影响的因子贡献率分别为26%和52%。直根系铁杆蒿与柠条锦鸡儿混合样地的土壤饱和导水率高于须根系冰草与柠条锦鸡儿混合样地,并且不同样地的土壤饱和导水率随土层深度的增加均表现出降低的趋势。根长密度、团聚体以及土壤容重能够较好地模拟土壤饱和导水率,其拟合精度R²可以达到0.86。[结论] 直根系草本与灌木复合时较须根系草本与灌木复合相比具有更高的饱和导水率。在不同样地中,根长密度、团聚体以及土壤容重是影响饱和导水率的主要因素。