三江并流区水库消落带5种草本根系形态及抗拉特性

为揭示三江并流区水库消落带5种草本植物在浅层土壤中的根系形态及抗拉力学特性,筛选消落带优势固土草本,以澜沧江黄登水库消落带的花叶芦竹(Arundo donax var.versicolor)、风车草(Cyperus alternifolius L.)、美人蕉(Canna indica L.)、菖蒲(Acorus calamus L.)和芦苇(Phragmites communis Trin.)为对象,分析了根系形态,并进行室内单根拉伸试验。结果表明:(1)5种草本根系都发育良好,花叶芦竹和风车草根系的所有形态指标都位居前二,根系较为发达; 5种草本直径大于1 mm的根系长度、表面积和体积在各自总根系中占比最大,且除芦苇外,其余4种草本直径大于2 mm的根系体积占比最大,达到58.53%～92.86%。(2)5种草本根系的平均抗拉力、抗拉强度以花叶芦竹(33.04 N,34.33 MPa)最大,美人蕉(10.26 N,7.54 MPa)最小,根系抗拉力、抗拉强度分别随直径增大呈幂函数增大、减小。(3)5种草本根系平均极限延伸率以菖蒲(24.28%)最大,美人蕉(8.20%)最小; 平均杨氏模量以花叶芦竹(313.44 MPa)最大,菖蒲(70.47 MPa)最小,根系杨氏模量与直径呈幂函数负相关。综上,5种草本都适应了研究区环境,均可作为黄登水库消落带植被重建的候选物种; 直径大于1 mm的根系是5种草本根系的主体,直径大于2 mm的根系整体上对体积贡献最大; 花叶芦竹不仅根系发达,且其抵抗拉伸作用的能力最强,固土能力最强,是黄登水库消落带水土保持的优势草本。研究结果可适当推广到三江并流区和其他水库消落带。     

三峡水库消落带几种草本植物根系的垂直分布特征

[目的]明确三峡水库消落带典型草本植物根系分布特征,为三峡消落带的植被恢复提供依据。[方法]在三峡腹地石宝镇消落带选取牛鞭草(Hemarthria altissima)、扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)、双穗雀稗(Paspalum paspaeoides)三种人工恢复草本和自然恢复草本,利用WinRhizo Pro.2009c根系分析系统研究其根系的土壤剖面分布特征。[结果]4种草本类型的的根系主要分布在0—10cm土层,根长密度、根直径(除自然杂草外)、根表面积密度、根体积密度和根尖密度均随土壤深度的增加而呈指数函数减小;除根径外,在整个土层剖面中(0—25cm),3种人工草本的根系指标都要显著高于自然恢复杂草。[结论]4种草本根系发达,对消落带水淹胁迫的适应性强。     

3种耐旱耐瘠护坡植物根系形态及抗拉特性

[目的]探究耐旱耐瘠护坡植物的根系形态及抗拉特性,为边坡生态修复植物选用配置提供依据。[方法]在云南省大理市滇中引水项目区弃渣场边坡上选择戟叶酸模(Rumex hastatus D.)、车桑子(Dodonaea viscosa L.)和地瓜藤(Ficus tikoua Bur.)3种植物,通过整株挖掘法获取得根系样品,使用Epson12000XL扫描仪中在500 dpi下进行灰度扫描,用WinRhizo(Pro.2019)根系分析系统对根系形态参数进行分析,并使用万测牌微机控制时万能试验机进行单根拉伸试验。[结果](1)戟叶酸模和车桑子根系形态呈三角形,而地瓜藤呈抛物线形,戟叶酸模和车桑子根径小于2 mm的长度占比最大,大于4.5 mm根径的长度占比次之。(2)3种植物平均抗拉力车桑子最大、戟叶酸模次之、地瓜藤最小,平均抗拉强度地瓜藤最大,戟叶酸模次之,地瓜藤拥有良好抵抗形变的能力,其极限延伸率与杨氏模量优于其余两种植物。[结论]从根系形态看,戟叶酸模和车桑子的固土护坡能力高于地瓜藤,从抗拉特性看地瓜藤虽抗拉力较弱,但抗拉强度高,抵抗变形能力强,3种植物在固土护坡方面根系形态及抗拉特性各有优势,可根据边坡特点及部位有针对性地选用配置。     

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。     

青藏高原两种典型植物根系抗拉特性与其微观结构的关系

为研究青藏高原东部边坡、路堑两种常见的护坡植物根系抗拉特性及其与根系微观结构的关系,对灌木植物柠条锦鸡儿和草本植物草地早熟禾根系进行了室内单根拉伸试验和根系断面电镜扫描试验。试验结果显示:两种植物根系抗拉力随着根径的增大呈幂函数增大;根系抗拉强度随根径的增大呈幂函数或指数函数减小。草地早熟禾根系平均抗拉力在标距为40mm时达到最大值;柠条锦鸡儿根系平均抗拉力在标距为80mm时达到最大值;当拉伸速率为3mm/min时,两种植物根系抗拉力和抗拉强度最大,两种植物在拉伸速率为5mm/min和10mm/min时,其抗拉强度变化不明显。两种植物单根拉伸应力—应变曲线呈单峰曲线,无明显的颈缩现象,具有弹塑性材料特点,且根径较小的草本植物草地早熟禾根系表现出具有较高的抗拉强度、较大的延伸性能。根系断面显微结构中,柠条锦鸡儿和草地早熟禾根系横断面的管孔孔径随着拉伸速率的增大逐渐减小,减小幅度依次为91.25%,45.41%,表皮破坏程度也相应的减弱。根系的拉伸横断面表皮撕裂程度及表皮延长程度随拉伸速率、拉伸标距的增大而减小。     

黑沙蒿根系抗拉特性及其与化学成分的关联性

[目的]探讨根系抗拉特性与主要化学成分含量的关联性,以期充实根系固土力学特性研究以及提供矿区生态恢复和植物保护的理论支持.[方法]以神东矿区广泛分布的多年生灌木黑沙蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,利用TY8000伺服式强力机,研究1?4 mm径级直根段、含侧根分支处根段抗拉材料的力学特性并测定各径...     

三峡库区消落带土壤抗蚀性研究

2009年三峡大坝蓄水消落带形成后,其原始的生态环境本底状况不复存在,一些重要的生态环境参数,数据可能无法获得。通过对2008年7月在三峡库区消落带不同地段、不同高程（145～175 m）取的28个土样进行土壤理化性质分析。从选取的15个土壤抗蚀性指标中经过主成分分析变换后,提取4个主成分因子,能够反映特征根大部分信息（89.39%）,分别为土壤水稳性团聚体类、土壤无机胶粒类、团聚类、有机质及水稳性指数4类因子。通过各主成分贡献率作为权重系数得到了三峡库区消落带土壤抗蚀性综合指数计算方程,从而求出土壤抗蚀性综合指数。根据几大类因子和抗蚀性综合指数进行相关分析,发现三峡库区的土壤有机质含量较低（平均15.88 g/kg）,其胶结物质主要是无机黏粒<0.001 mm,与抗蚀性综合指数相关系数为0.629。这说明消落带无机黏粒<0.001 mm的含量对土壤抗蚀性能影响较大。     

三峡库区消落带几种草地根系分布及土壤养分变化

为明确三峡水库消落带典型草本植物根系分布及土壤养分的变化,在三峡腹地忠县石宝镇消落带选取牛鞭草(Hemarthria altissima)、扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)、双穗雀稗(Paspalum paspaeoides)和自然恢复草地,利用WinRhizo Pro.2009c根系分析系统和常规统计方法对比研究了4种典型草地植物根系在土壤剖面分布及其对土壤剖面养分的影响。结果表明:四种草地的根系大部分都分布在0—5cm土层中,根长密度(Root length density,RLD)、根面积比(Root area ratio,RAR)均沿土壤深度程幂函数递减分布。植被及其根系的存在对土壤养分的剖面分布有重要影响。裸地的土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)和总N含量要显著低于草地,扁穗牛鞭草和自然恢复杂草地的全量养分大都要高于其他草地。四种草地类型的RLD,RAR与SOC、总N含量均有显著(p0.05)或极显著(p0.01)相关。可见本研究涉及几种植物的根系对土壤养分分布有重要影响。研究结果可以为三峡水库消落带植被恢复和水土保持提供一定的依据。     

三峡水库蓄水后长江干支流及消落带泥沙颗粒特征分析

采集长江干支流悬移质泥沙和长江干流典型消落带沉积剖面泥沙,通过分析其颗粒组成了解三峡水库水位变化下泥沙特性的时空变化。结果表明:空间上从江津到忠县悬移质泥沙呈现沿程逐渐细化的趋势;时间上旱季高水位时期忠县石宝镇悬移质泥沙较粗,而雨季低水位时期悬移质泥沙较细。2010-2011年消落带总沉积泥沙大致呈随采样点海拔的增加而逐渐变粗的趋势,而消落带多年净沉积泥沙粗细变化受海拔影响不大。悬移质和沉积泥沙在时空上的变异多数表现为:砂粒变异系数最大,粘粒次之,粉粒最小。     

青藏高原黄土区四种草本植物单根抗拉特性研究

为研究草本植物根系固土护坡的力学机理,对青藏高原西宁盆地黄土区的披碱草、细茎冰草、赖草、芨芨草4种草本植物进行了室内单根拉伸试验,分析了其单根抗拉特性。结果表明:生长2年的4种草本植物单根平均抗拉强度可达65MPa,单根抗拉力随根径的增大而增大;4种草本植物按单根抗拉强度大小排序为:芨芨草>细茎冰草>赖草>披碱草,单根抗拉强度与根径间呈幂函数或指数函数的关系,随根径增大而减小,表明草本植物须根对边坡表层防护具有重要的作用。     

三峡库区消落带土壤酶活性特征

土壤酶驱动土壤生态系统养分的循环和控制生态系统的功能。选取三峡库区消落带三个海拔梯度的土壤,以从未淹没的样地作为对照,研究消落带土壤酶活性特征。结果表明,消落带区域土壤有机碳（OC）、微生物生物量碳（MBC）和所测定的四种酶[磷酸酶（PNP）、芳基硫酸酯酶（PNS）、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（NAG）和β-糖苷酶（PAG）]的绝对活性（单位土壤干重的酶活性）和四种酶的几何平均数（GME）显著低于从未淹没的对照样地。在消落带区域,只有磷酸酶的绝对活性随着淹没持续时间的延长而降低,其他土壤三种酶的绝对活性在三个样地之间并无显著性的差异。土壤四种酶的几何平均数与有机碳、微生物生物量碳的变化相似,在海拔梯度较低的样地最低,其他两个较高海拔梯度的样地之间无显著性的差异。然而单位有机碳或微生物生物量碳的四种酶的具体活性的变化趋势与酶的绝对活性的变化并不一致。PNP的具体活性在所有测定的样地之间都无显著性的差异,而其他三个酶的具体活性是海拔最低的样地显著高于其他样地,其他样地之间并无显著性的差异。因而,这些结果意味着四种酶的几何平均数能够敏感指示三峡库区消落带水位消涨及其不同淹没持续时间对土壤质量的影响,是一个能够综合反映所有土壤酶活性对消落带水位消涨的响应的敏感指标。     

三峡库区干支流消落带泥沙沉积特征分析

为了阐明三峡库区消落带泥沙沉积的特征,选择三峡库区5个典型支流断面和2个干流断面,采集消落带沉积泥沙样和坡面对照样共42个,分析了三峡库区干支流消落带沉积泥沙的颗粒组成、养分元素(有机质、总磷、总氮、钾)以及沉积泥沙来源。结果表明:干流消落带沉积泥沙相比支流消落带沉积泥沙较粗,干流消落带泥沙粘粒呈现明显富集状态,富集率达到1.57。干流和支流消落带均表现为上部(170m)比消落带下部(160m)的~(137)Cs比活度高,由于消落带上部和下部受淹水时间的不同,造成消落带不同高程带的沉积过程和泥沙来源存在差异。干流消落带样的各养分元素含量与坡面表层对照样含量相当,并没有发生明显富集;而支流则相反,各养分元素有明显的富集,尤其是总磷元素,富集率达到2.43。     

三峡库区消落带土壤有机碳氧化稳定性特征

土壤有机碳氧化的难易对土壤质量和碳沉降具有显著的影响。选取三峡库区消落带的3个海拔梯度的土壤,以从未淹没的样地作为对照,研究消落带湿地不同海拔梯度土壤有机碳氧化难易各组分(F1:高氧化活性有机碳组分;F2:中氧化活性有机碳组分;F3:低氧化活性有机碳组分;F4:难氧化有机碳组分)的特征。结果表明:土壤F1组分含量和其所占有机碳的比例在所有样地的各组分中最高。土壤易氧化有机碳总量及其F2,F3和F4组分都是消落带区域小于从未淹没的对照样地,但是高氧化有机碳组分F1在海拔155~165m的消落带区域与从未淹没的对照样地之间并无显著的差异。在消落带区域,155~165m区域土壤易氧化有机碳及其F1组分显著大于144~155m及其165~175m区域的,而F2,F3和F4组分之间都无显著性差异。相关性分析表明,土壤易氧化有机碳及其氧化有机碳组分与土壤总有机碳之间都具有显著的正相关性,而氧化有机碳F3和F4组分只与土壤全氮之间具有显著的正相关性。消落带土壤易氧化碳活性系数的大小顺序为是155~165m145~165m165~175m,这意味着消落带土壤有机碳不稳定性高低的顺序为155~165m145~165m165~175m。     

三峡库区植物篱对土壤理化性质及抗蚀性的影响

三峡库区坡耕地水土流失严重,已经威胁到库区生态环境及库区安全。利用长期定位小区试验,通过对2种植物篱及对照处理的对比分析,研究不同植物篱对坡耕地土壤理化性质及土壤侵蚀的影响。结果表明：黄荆和紫背天葵2种植物篱处理在不同程度上均改良了土壤物理性质,不同位置土壤养分指标表现为带内最高,带间最低,带上和带下介于两者之间。对照处理土壤养分指标均表现为从坡顶向坡脚逐渐富积的特点。不同植物篱带内土壤抗蚀性的强弱分别为：黄荆（79.2%）〉紫背天葵（15.3%）〉CK（8.7%）,除了砂粒、粉粒和粘粒含量外,植物篱带内土壤抗蚀指数与其他土壤理化性质间均具有显著或极显著的相关性。植物篱带内土壤抗蚀指数随着土粒浸水时间的增加而减小,两者呈三次多项式函数关系。2种植物篱处理中黄荆改良土壤理化性质、减轻土壤侵蚀的效果优于紫背天葵。     

狗牙根根系对三峡库区消落带紫色土崩解性能的作用机理分析

以三峡库区消落带主要土类紫色土和优势草种狗牙根为研究对象,通过开展无根系土壤对照(CK)、未经除草剂处理的活根试样(LR)和经除草剂处理的死根试样(DR)三种处理土壤的崩解试验,分析了狗牙草根系影响紫色土崩解性能的作用机理。结果表明:狗牙根根系的存在能够有效减少土壤崩解量并降低其崩解速率,狗牙根活根和死根根系分别降低崩解量的50%以上和33%左右;根系的这一作用机理又可分为物理作用和化学作用两个方面,而物理作用占根系总作用的51.36%～61.57%,即根系减少土壤崩解量的作用以物理作用为主。随着坡度增加,根系减少崩解量的物理作用呈现先增加后减小、化学作用则呈持续增加的趋势变化。本研究结果对深入理解植物根系对土壤崩解性能的影响具有重要意义。     

三峡库区消落带植物治理措施

根据三峡库区消落带的水土流失程度及库区水位变化规律,将145～152 m、152～170 m、170～177 m的消落带分别划为消落带下端、消落带中端与消落带上端,并以三峡库区185 m观景平台的上游消落带生态治理试点为例,采取植物与工程相结合的治理模式,通过选取植被覆盖率、物种种类、物种多样性、植物生长基质流失量4类指标,对试验区的生态修复效果状况进行监测分析.结果表明:试验区的植被覆盖率沿消落带梯度方向从上至下在观测期内逐年降低;物种种类因受库水长时间的淹没有所减少,均匀性随高程的不同也呈现较大差异,α多样性指数在监测期内随时间的增长逐年降低;库岸受库水的长期浸泡以及浪涌的高频繁冲刷是消落带植物生长基质流失的关键因素,造成消落带上下两端植物生长基质流失比中端严重的主要原因为行船所产生的涌浪,且其随时间的增长日趋严重.     

三峡库区消落带土壤化学性质变化

为研究三峡库区消落带水淹和未水淹区域土壤化学性质的差异,以及探讨水位涨落对消落带土壤化学性质影响,试验分别于2008年、2009年、2013年的9月,对消落带水淹和未水淹区域土壤(0-5,5-10,10-15cm)的养分含量和pH值进行测定。结果表明:(1)2008年、2009年、2013年消落带未水淹区域各层土壤的速效氮、速效磷、速效钾和有机质含量均大于水淹区域,2013年其含量差异的幅度较大,依次为6.06%~17.01%,40.55%~50.23%,26.90%~46.89%和14.64%~45.51%;较未水淹区域,水淹区域各层土壤的pH值呈缓慢上升趋势。(2)受不同水位涨落周年的影响,各层土壤速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、有机质含量均表现为:经历0次水位涨落区域1次水位涨落区域5次水位涨落区域,而土壤pH值变化趋势与其相反;受水位涨落影响后,土壤的全钾含量表现出一定程度的积累。研究表明,水位涨落可导致消落带土壤速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、有机质含量的大量流失和pH的显著增高。     

山西土石山区3种草本植物根拉拨特性

为了解山西省土石山区固土护坡草本植物根系拉拔特性,筛选拉拔力优势草本植物物种进行水土流失防治,通过开展根系原位拉拔力学试验,研究了3种典型草本植物香根草（Vetiveria zizanioides L.）、百喜草（Paspalum notatum Flugge）、黑麦草（Lolium perenne L.）根系拉拔力随根径和土层深度的变化规律。结果显示:3种草本植物根系拉拔力随着根径的增大而增加,且拉拔力与根径之间满足幂函数关系;整体上,根系拉拔力从大到小顺序表现为香根草 > 黑麦草 > 百喜草,而且三者之间差异显著;但在D≤0.4 mm和D>0.4 mm两个根径组下,黑麦草均表现出较好的拉拔力性能。在0—10 cm,10—20 cm两个土层间,香根草和百喜草两种植物根系拉拔力性能相似,而黑麦草单根拉拔力在表层土壤发挥效果优于下层土壤。从单根拉拔力方面出发,黑麦草在3种植物中可优先考虑用于固持浅表层土壤。试验探究了草本植物单根在不同根径组下和土层深度下的抗拔性能,研究结果可为山西省土石山区水土保持植物措施草本植物物种选择提供理论依据。     

三峡库区耕地土壤肥力特征及对策研究

三峡库区土壤肥力差异明显。主要土壤类型紫色土、水稻土、和黄壤,肥力水平差异较大,全量、有效态含量在不同土壤类型不一致。沿江从上而下,全N、全P、有效P含量较稳定,全K、有效K、碱解N含量变化较大。不同土壤类型肥力比较结果表明全N、全P含量为黄壤>水稻土>紫色土;全K、碱解N、有效P、有效K含量为紫色土>黄壤>水稻土。不同区县土壤肥力相关性分析表明全N、全P具有显著相关性,碱解N、有效P、有效K相互之间无相关性。主要土壤类型相关性分析表明水稻土、黄壤中全N同碱解N具有显著相关性。在不同区县和不同土壤类型土壤肥力指标有较大差异,因此在施肥水平上应区别对待。