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。     

石质陡边坡构树根系抗拉特性研究

通过对构树根系进行室内单根拉伸试验,从根系生长方位和根系分级角度,系统分析了上、下坡向,一、二、三级侧根的抗拉强度和应力-应变曲线。试验研究结果表明:根系的抗拉强度随着根径的增大而减小,有着很好的幂函数关系,并且随着根径的增大,它们的抗拉强度值越来越接近;根系的应力-应变曲线与其自身的生长方位、根径大小、根系分级存在一定的关系;上、下坡向根系的抗拉强度之间存在显著性差异,其中下坡向根系的抗拉强度大于上坡向根系的抗拉强度;一、二、三级根系的抗拉强度之间不存在显著性差异,三级侧根抗拉强度平均值最大、二级侧根次之、一级侧根最小。由此可见,细根或毛根抗拉强度大,对保持边坡稳定的贡献较大。不同生长方位和分级根系对护坡的贡献也不相同,其中下坡向根系的贡献要大于上坡向根系,随着根系级别的增加,根系对护坡的贡献率也在增加。     

寒旱环境植物护坡力学效应与根系化学成分响应

该项研究以试验区两种生长期为6a的灌木植物柠条锦鸡儿、霸王为例,分析了根系中所含半纤维素、木质素、纤维素和果胶质4种主要化学成分及其含量,并探讨了根系力学强度与其化学成分及其含量变化之间的关系。结果表明:柠条锦鸡儿根系平均抗拉强度为28.36～34.75MPa,霸王为4.53～6.61MPa,即柠条锦鸡儿根系平均抗拉强度显著大于霸王,且这两种灌木根系所含的4种化学成分由多至少依次为半纤维素、木质素、纤维素、果胶质,其中柠条锦鸡儿根系半纤维素含量为17.8%～29.03%,木质素为3.41%～5.36%,纤维素为2.3%～2.79%,果胶质为1.45%～2.15%;霸王根系半纤维素含量为15.6%～23.04%,木质素为3.69%～4.89%,纤维素为2.1%～3.06%,果胶质为1.92%～2.37%。两种灌木根系纤维素含量与根径、根系抗拉强度之间均表现出一定相关性;霸王根系半纤维素含量与其根系根径、抗拉强度之间呈相关性;柠条锦鸡儿根系果胶质含量与其根径、根系抗拉强度间均呈相关关系。本项研究可为进一步分析植物根系力学强度及其效应与根系组成特性之间的变化关系提供理论依据。     

华北典型植被根系抗拉力学特性及其与主要化学成分关系

为了解植被根系化学成分对根系力学性能的影响,该研究对华北地区常见的2种针叶树油松（Pinus tabulaeformis Carr.）和华北落叶松（Larix principis-rupprechtii Mayr.）以及3种阔叶树白桦（Betula platyphylla Suk.）、蒙古栎（Quercus mongolicus Fisch. ex Ledeb）和榆树（Ulmus pumila Linn.）5种树直径为0.75～7.65mm,共473根系进行了单根抗拉试验,并将拉伸后的根系按7个直径级归类后测定其纤维素含量、木质素含量、半纤维素含量及综纤维素含量。结果表明,5种树根系抗拉力范围为8～954 N,抗拉强度范围为6～53 MPa。不同树种间抗拉力、抗拉强度差异显著,从大到小依次为榆树＞白桦＞蒙古栎＞油松＞华北落叶松。抗拉力随直径增大以幂函数增大;抗拉强度随直径减小以幂函数和逆函数减小。根系的极限延伸率范围为6.95%～15.50%,不同树种间差异显著。5种树7个径级根系纤维素质量分数范围为20.09%～37.67%,木质素质量分数范围为18.03%～41.67%,半纤维素质量分数范围为1.29%～14.90%,综纤维素质量分数范围为26.20%～52.09%,木质素与纤维素质量分数比值（简称木纤比）为0.53～1.81。根系抗拉力与纤维素含量、半纤维含量、综纤维素含量正相关,与木质素含量、木纤比负相关;根系抗拉强度与纤维素含量、半纤维含量、综纤维素含量负相关,与木质素含量、木纤比正相关。但对于不同的树种,显著影响抗拉力、抗拉强度的化学成分不同。因此,根系中某一化学成分含量的变化并不能完全解释根系力学性能与直径的尺寸效应,或许根系其他内在因素如显微结构等也有着重要的贡献。     

生态护坡中根系对土体抗剪强度的影响

在护坡工程中,植被发达的根系能对边坡土体产生一定程度的加筋作用,从而可提高边坡的浅层稳定性。为探究植物根系对土体抗剪强度的影响,采用常规三轴不固结不排水试验,测定不同含根量、含水率对重塑粉质黏土抗剪指标的影响,结果表明:①根土复合体与素土的应力-应变变化趋势相同,说明摩尔-库仑强度准则同样适用于根土复合体,其不同主要体现在黏聚力大小上;素土和根土复合体均大约在轴向应变2%处出现主应力差峰值,然后逐渐趋于破坏。②根土复合体的抗剪强度明显大于素土,并且在含水率为9%时黏聚力增加显著,说明根能起到加筋作用,能够用来约束土体变形、增加抗剪强度。③在一定条件下,黏聚力和含根量成线性正相关关系;黏聚力和含水率对数成反比关系,即在一定条件下随着含水率增大,黏聚力降低。通过拟合得到根系加筋效应公式τ_f=c+σtan φ=c_0+a+bx+σtan φ,只要给定含水率和含根量,就能初步计算出抗剪强度。     

尖萼金丝桃根系对边坡土体抗剪强度的影响

[目的]探讨根系单根抗拉拔强度对边坡土体抗剪强度的影响,定量分析根系对边坡土体抗剪强度的增强作用,为评价植物根系增强边坡土体抗剪切性能提供依据。[方法]以2 a生尖萼金丝桃根系及其组成的根土复合体为研究对象,分别进行室内单根拉拔试验和根土复合体剪切试验,获得根系的抗拉强度及根土复合体试样黏聚力值;在此基础上分析根系抗拉强度与根土复合体黏聚力值之间的关系。[结果]尖萼金丝桃根系抗拉强度与根系直径存在负向幂函数关系,相关性系数均大于0.92;根系拉拔位移、抗拉拔力均与根系直径呈正相关关系,拉拔位移与抗拉拔力之间也表现为显著正相关关系;抗拉强度与根系直径、拉拔位移、抗拉拔力两两之间均呈负相关关系;根土复合体的黏聚力相较于无根素土均有不同程度的增长,增幅达17.25%～94.76%,黏聚力、黏聚力增长率均与根土面积比、根土体积比呈正相关关系。[结论]尖萼金丝桃根系拉拔特征对边坡土体抗剪强度产生显著的影响,边坡土体抗剪切性能评价指标与根系拉拔特征变化密切相关。     

不同生长期多花木兰根系抗拉拔特性及其根系边坡的稳定性

为研究不同生长期灌木植物根系抗拉拔特性,并分析其对护坡效应的影响,对生长期分别为3个月、6个月、9个月、12个月、15个月和18个月的典型护坡灌木植物多花木兰根系进行室内抗拉试验和现场抗拔试验,并采用二维有限元法模拟试验区不同生长期多花木兰根系边坡稳定性的增强作用。结果表明：受不同生长期的影响,多花木兰单根的抗拉力随着根径的增加呈幂函数增大,抗拉强度随着根径的增加呈幂函数减小,单根直径一定时,抗拉力和抗拉强度随着生长期的增长而增大;受不同生长期的影响,多花木兰植物根系的抗拔力随着地径、地下生物量和侧根数的增加呈指数函数增大,多花木兰根系的平均生物指标和平均抗拔力的增大幅度随着生长期的增长而减小,其中平均抗拔力增大幅度由102.78%减小到31.55%;边坡的安全系数随着植物生长期的增长而增大,等效塑性应变和最大位移随着植物生长期的增长而减小,其中最大等效塑性应变较裸坡减小了24%～72%,最大水平位移的减少程度约为最大竖向位移的一半。     

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。     

不同耐密性玉米品种的根系生长及其对种植密度的响应

根系形态和分布对土壤中养分和水分的吸收有重要影响。增加耐密性是现代玉米（Zea may L.）育种的主要方向,而耐密性与根系的关系尚了解不多。本文以70年代主推的2个不耐密型品种（中单2号与丹玉13）和2个当代耐密型现代品种（先玉335和郑单958）为材料,将田间试验和室内水培试验相结合,在3个密度水平下,研究了不同耐密性玉米品种的根系差异及其对种植密度的响应。结果表明,目前推广的耐密型品种的根系要小于不耐密的老品种。不同耐密性品种之间的差异主要表现在040 cm。随着密度的增加,根显著变小、变细。密度主要降低020 cm土层中的根系生长,对深层根系影响较小。先玉335和中单2的根系长度对密度的反应较弱,郑单958和丹玉13较强。这说明先玉335主要依靠其小根系适应高密度,而郑单958既依靠较小的根系,同时依靠较高的根系反应性适应高密度。     

含根量与土壤抗剪强度增加值关系的试验研究

通过对裸地、车桑子灌木林地不同深度土壤在天然含水量情况下的直剪试验，及对车桑子根系沿垂直方向的分布情况的调查，研究了含根量对非饱和土抗剪强度的影响。结果表明，植物根系具有提高非饱和土抗剪强度的作用，含根量沿垂直方向呈指数函数规律分布，黏聚力和内摩擦角沿垂直方向的增加值均与含根量成正相关关系。     

蒙古栎根系单根抗拉力学特性

为探究蒙古栎根系的基本力学性质,对试验机夹具进行了改进并对根进行了预处理。选取直径范围为1~17 mm的蒙古栎根系在不同标距下进行了室内单根拉伸试验。结果表明,根系的抗拉力随直径的增大而增大,且呈显著的幂函数关系;抗拉强度随直径增加呈减小趋势;蒙古栎单根应力应变曲线在各个径级下皆为单峰曲线,呈弹塑性材料特征。说明蒙古栎通过其较强的抗拉性能和变形能力可对维持坡面稳定起到了积极作用。     

青藏高原东北部4种灌木主根和侧根抗拉力学特性比较

[目的]开展青藏高原东北部黄土区4种灌木植物主根和侧根抗拉力学强度试验,探讨主根和侧根抗拉力学特性关系,为深入研究植物根系固土护坡力学机理提供参考。[方法]选取西宁盆地长岭沟流域作为研究区,对生长期为3 a的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、中宁枸杞(Lycium chinense)、白刺(Nitraria tangutorum)和霸王(Sarcozygium xanthoxylon)4种优势灌木主根和侧根进行室内单根拉伸试验,确定其主根和侧根抗拉力、抗拉强度和杨氏模量及其与根径之间的关系;在此基础上,进一步分析了4种灌木主根和侧根根径、抗拉力、抗拉强度和杨氏模量之间的关系。[结果]柠条锦鸡儿、中宁枸杞、白刺和霸王主根抗拉力分别为侧根的28.45,13.21,11.01,7.35倍,主根抗拉强度分别为侧根的0.67,1.17,0.68,1.22倍,主根杨氏模量分别为侧根的2.00,2.39,2.82,2.48倍。[结论] 4种灌木植物主根抗拉力均显著大于侧根;柠条锦鸡儿和白刺主根抗拉强度小于侧根,而中宁枸杞和霸王主根抗拉强度大于侧根;4种灌木植物主根杨氏模量显著大于侧根,说明其主根相对于侧根不易发生形变,对边坡浅层稳定性贡献亦显著于侧根。     

瞬时拉力下两个生长期4种植物单根抗拉力与抗拉强度的研究

研究3～4年生柠条、沙柳、沙地柏和白沙蒿的单根(根径为0.3～3 mm)在两个生长时期内瞬时大风作用下的抗拉力和平均抗拉强度.结果表明,在生长季初期(5月初)和旺盛生长期(8月中旬),4种植物根系的单根抗拉力与直径均呈幂函数正相关关系;抗拉力和平均抗拉强度均表现为柠条＞沙柳＞沙地柏＞白沙蒿;沙柳、沙地柏、白沙蒿在生长季初期的抗拉力和平均抗拉强度大于旺盛生长期,柠条反之.     

单株油蒿蒸腾耗水特征及其与环境因素的关系

[目的]探究油蒿的蒸腾耗水规律及其对环境因子的响应,旨在为固沙植被建设提供科学依据。[方法]利用野外大型称重式蒸渗仪于2014年6—9月底对单株油蒿的蒸腾过程进行连续观测,并同步监测了土壤含水量及相关气象因子。[结果]油蒿单日蒸腾强度曲线在晴天表现为双峰曲线,而在阴雨天双峰曲线不明显;研究期间,单株油蒿蒸腾耗水量为101.66mm,日平均蒸腾强度为0.83mm/d。蒸渗仪内土壤蒸发量106.05mm,日平均土壤蒸发强度为0.87mm/d,试验期间蒸散量占降雨量的82.98%。降雨可以维持油蒿正常生长,并对土壤水分进行一定补充;油蒿蒸腾强度与空气相对湿度(p0.01)、空气温度(p0.01)、太阳净辐射(p0.01)和20cm深度土壤体积含水量(p0.05)具有很好的相关性,且相关性依次减小。[结论]油蒿蒸腾耗水日变化明显,其蒸腾速率受土壤水分状况、气象条件及自身生理特征等因素的影响。     

黄土丘陵沟壑区主要物种根茎力学特性

植物根茎力学特性影响着植被固定土壤和拦截的能力,是植被抗侵蚀特性研究不可缺少的一部分。在延河流域选取的6个典型小流域内,对铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、茭蒿(Artemisia giralii)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、阿尔泰狗哇花(Heteropappus altaicus)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、蒙古蒿(Artemisia mongolica)的根茎进行广泛采样,在测量其根直径、抗拉力、抗拉强度、茎直径、抗弯强度和刚度、木质素和纤维素含量等指标的基础上,探讨了植物根茎力学特性。结果表明:根系直径与抗拉力呈显著的正相关关系,与抗拉强度呈显著的负相关关系,且均可用幂函数进行拟合;随着茎的直径增长抗弯刚度不断加强、抗弯强度趋于稳定;猪毛蒿茎平均直径、最大抗压力和抗弯刚度较其他物种大;达乌里胡枝子的茎抗弯刚度较小,根系抗拉强度和茎抗弯强度却最大;抗弯强度与木质素含量、纤维素含量和纤维素/木质素均具有显著的相关关系。     

贺兰山3种乔木单根及根土复合体力学特性

为研究和比较贺兰山山杨、青海云杉、油松单根和根土复合体的力学特性,通过单根拉伸、三轴压缩、饱和渗透试验测定了3种乔木单根和根土复合体的力学参数及土水特征曲线。结果表明:3种乔木单根力学特性存在显著差异,且直径对单根的力学特性有显著影响。单根最大拉力与直径成幂函数相关,随直径增大而增大;单根抗拉强度、杨氏模量与直径成对数函数相关,随直径增大而减小。山杨单根平均最大拉力(0.38kN)青海云杉(0.25kN)油松(0.17kN);山杨单根平均抗拉强度(33.39 MPa)青海云杉(27.79MPa)油松(18.45MPa);山杨单根平均杨氏模量(0.17GPa)青海云杉(0.12GPa)油松(0.11GPa)。3种乔木根土复合体的黏聚力、弹性模量存在显著差异,但摩擦角没有显著差异(平均值30.48°)。山杨根土复合体的黏聚力(10.65kPa)青海云杉(8.97kPa)油松(7.13kPa);山杨根土复合体的弹性模量(2.17 MPa)青海云杉(2.52 MPa)油松(4.21 MPa)。3种乔木根土复合体的土水特征曲线、渗透函数曲线都存在极显著差异,山杨根土复合体的渗透能力油松青海云杉。研究结果对于评价山杨、青海云杉、油松稳定边坡能力和建立贺兰山边坡稳定性分析数值模型都具有重要参考价值。     

Responses of Growth and Chemical Composition of Pistachio Seedling to Phosphorus Fertilization Under Saline Conditions

A greenhouse study was conducted to evaluate effects of phosphorus (P) levels (0, 50 and 100 mg kg^?1 soil) under saline (0, 1000 and 2000 mg sodium chloride (NaCl) kg^?1 soil) conditions on growth and chemical composition of pistachio seedlings (Pistacia vera L.) cv. ‘Badami-zarand’ in a completely randomized design (CRD) with four replications. Results showed that salinity application decreased leaf, stem, and root dry weights, number of leaf, length of stem and leaf area, while this effect diminished with P fertilization. By increasing salinity levels, all of the nutrients concentration in leaf, stem and root except sodium (Na) content were reduced. P application increased P and potassium (K) concentrations in the leaves, stem and root, while decreased Na and Zinc (Zn) leaf, stem and root concentrations. However, the results indicated that proline accumulation and reducing sugar content were increased by salinity, P and their interaction application. The results suggest that fertilization of phosphorus can diminish some adverse effects of high salinity on growth and chemical composition of pistachio seedlings.     

呼伦贝尔寸草苔草原群落特征及物种多样性与土壤理化性质的关系

[目的]研究内蒙古呼伦贝尔寸草苔草原群落特征及物种多样性与土壤理化性质的关系,为草原生态系统的保护和恢复提供科学参考。[方法]对呼伦贝尔寸草苔草原95个典型样地进行群落调查,研究呼伦贝尔寸草苔草原4种群落类型间群落特征及物种多样性与土壤理化性质之间的关系。[结果](1)群落特征中,地上生物量、物种丰富度和Shannon-Wiener指数在4种群落类型间以寸草苔—一二年生草类群落最高;土壤理化性质中,全氮和全磷均以寸草苔—根茎型草类群落最高。(2)寸草苔—丛生草类群落和寸草苔—杂类草群落中,土壤有机碳、全氮、全磷与地上生物量、地下生物量呈显著正相关关系。(3)寸草苔—根茎型草类群落和寸草苔—一二年生草类群落中,土壤有机碳、全氮、全磷与Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数呈显著负相关关系。[结论]呼伦贝尔寸草苔草原群落特征在4种群落类型间存在不同程度差异,土壤理化性质中土壤有机碳、全氮和全磷是影响群落特征和物种多样性差异的主要因子。     

土石混合工程堆积体土壤理化性状与物种多样性的响应

为了探讨喀斯特区土石混合工程堆积体植被恢复过程中物种多样性与土壤理化性状的互作关系,以不同恢复时段恢复时间(1,2,4,6 a)依坡倾倒型工程堆积体为研究对象,采用“空间代替时间”的研究方法,研究了不同恢复时间土壤理化性状和植物物种多样性的特征及相互之间的响应机制。结果表明:随恢复时间增加,土石混合堆积体台面和坡面植物种类呈现先上升后下降的趋势,且坡面植物种类(99种)多于台面(74种),植物群落逐渐由草本向草灌混交转变。台面和坡面的物种丰富度、多样性、优势度和均匀度指数随恢复年限恢复时间增加均表现为先增加后减小。随植被恢复时间增加,土壤理化性质得到不同程度的改善,其中土壤全氮(TN),全磷(TK),速效磷(AP)和有机质(SOM)含量显著增加,土壤养分含量呈上升趋势,坡面土壤理化性质优于台面。冗余分析(RDA)表明,土壤含水量(MC),容重(BD),TN,TK和速效钾(AK)在不同恢复时段恢复时间内对植物物种多样性有较大影响;钾素在较短的恢复时间内对物种多样性影响较大,氮素随恢复时间延长影响逐渐增加,MC和BD对台面物种多样性的影响大于坡面,而土壤养分因子对坡面影响较大。因此对土石混合堆积体进行植被恢复时,恢复前期采取添加覆盖物等措施减少水分流失的同时施用钾肥尽量保证植物存活,植物物种种类上选择既能保水保土又能与土壤微生物相互作用补充土壤中营养元素的豆科类植物。