降雨条件下植被根系对非饱和土浅层滑坡的加固作用

为了研究降雨条件下植被根系对非饱和土边坡浅层滑移的稳定性,基于可计算任意时刻任意土层深度处孔隙水压力分布与变化特征的降雨入渗解析模型,通过理论解析方法研究降雨入渗作用、植被根系抗拉强度、根面积指数以及根系生长方向等因素对边坡浅层滑移稳定性的影响。结果表明,植被根系的抗拉强度越大或根面积指数越大,则边坡的稳定性越强。随着边坡坡角的增大,植被根系对边坡稳定性的加固效应越加明显。此外,植被根系的生长方向也会对加固效果产生明显影响。在实际工程中,应在合理控制植被根系生长方向的基础上,选择根系发达且发育较长同时具有较大根面积指数的植被,以达到更好的护坡效果。

基于现场原型测试的乔木覆盖滑坡区根-土复合体力学性能研究

为揭示乔木根系力学特性及其对斜坡的力学效应,选取福建武平高植被覆盖区滑坡为研究点,对研究区典型乔木根系按径级分类后进行根系抗拉力学特性测试,并在滑坡现场进行不同根系横截面积比(rootcross-sectionalarearatio,简称RAR)、含水率下的根-土复合体原位直剪试验以及剖面根系分布特征调查,对根系在浅层滑坡的力学效应展开探究。研究结果表明:(1)1~7径级下马尾松、杉木抗拉力范围为12.45~673.09 N,抗拉力与根径呈幂函数正相关;抗拉强度范围为7.16~60.95MPa,抗拉强度与根径呈幂函数负相关。杉木根系平均抗拉力与抗拉强度均大于马尾松。(2)乔木根系显著提高了土体抗剪强度,根系对土体提供的附加黏聚力与剪切面RAR显著正相关。杉木根系构型更接近R型,马尾松为VH型,相近RAR下杉木对土体的加固作用优于马尾松。(3)随着含水率增加,马尾松、杉木根-土复合体抗剪强度显著下降,水分入渗使根系对土体提供的附加黏聚力受到削减。(4)基于Wu模型,考虑水分对土体黏聚力与根系附加黏聚力的影响,建立了考虑含水率的根-土复合体抗剪强度值估算模型,经检验,精度高于Wu模型,结果较为合理。(5)根系对浅层滑坡虽然具有加固作用,但受到根系分布深度、密度以及降雨等因素限制,强降雨作用下根系对浅层滑坡稳定性贡献具有局限性。

西辽河平原浅埋滴灌玉米根系生长及水分利用特征

【目的】探究西辽河平原浅埋滴灌玉米根系生长及水分利用特征。【方法】在通辽市科尔沁区开展田间试验,设置浅埋滴灌条件下的6个处理,分别为220mm(CK)、195mm(W1)、170mm(W2)、145mm(W3)、120mm(W4)和95 mm(W5),研究不同灌溉定额下玉米根系生长性状与水分利用效率的变化及其相互作用,进一步结合经济效益分析,优化玉米浅埋滴灌灌溉制度。【结果】玉米成熟期0~40 cm土层的根系干物质量、根长、根表面积和根系直径的变化规律基本一致,均随灌水量的减少呈先增加后降低的趋势。玉米全生育期耗水量随灌溉定额的减少而下降,籽粒产量与灌溉定额呈二次抛物线关系,各处理水分利用效率表现为先增后减的变化规律,W2处理的玉米水分利用效率最大(2.46 kg/m^(3))。玉米籽粒产量与0~20 cm土层的根质量密度、根长密度和根表面积密度、30~40cm土层的根系直径显著正相关。各处理的净效益随灌水量的减少呈先增加后减少的趋势,灌溉定额为170mm时的净效益最高,为20098元/hm^(2)。【结论】浅埋滴灌技术是西辽河平原玉米种植区适合推广的节水灌溉技术,推荐西辽河平原浅埋滴灌玉米灌溉定额为170 mm。

莲藕采摘收集清洗一体机的设计

【目的】解决莲藕采摘工作环境恶劣、效率低、成本高的问题,提高莲藕种植经济效益。【方法】在研究机械结构传动原理的基础上,设计了莲藕采摘收集清洗一体机。该一体机由冲刷装置、采集装置、传送装置、清洗装置组成,冲刷装置可以喷射高压水流冲刷莲藕,达到泥藕分离的效果;采集装置对漂浮在水面上的莲藕进行收集;传送装置通过传送带将莲藕传送到滚筒之中;清洗装置通过滚筒正反旋转外加滚筒内壁的细软毛刷实现对莲藕的清洗。【结果】该机构各个装置配合情况良好,系统结构稳定,可靠性高,无干涉现象,可一次性完成对莲藕的采摘、收集、清洗工作,节约了人力、物力,取得了良好的采收效果。【结论】该莲藕采摘收集清洗一体机能在提高莲藕采摘的工作效率的同时保证莲藕的优良品质,增加农户的收入,还能减少对土地的破坏,保护生态环境。

浅埋滴灌下水氮运筹对春玉米根系衰减特性及产量的影响

为探明浅埋滴灌下水氮运筹对春玉米产量及吐丝后根系衰减特性的影响,2017—2020年在通辽市科尔沁区农牧业高新科技示范园区,以传统畦灌常规施氮(W:4000 m^(3) hm^(–2),N:300 kg hm^(–2))为对照(CK),以滴灌定额为主处理,设传统畦灌常规灌量40%(W1:1600 m^(3)hm^(–2))、50%(W2:2000 m^(3) hm^(–2))、60%(W3:2400 m^(3) hm^(–2))3个水平,以施氮量为副处理,设常规施氮量50%(N1:150 kg hm^(–2))、70%(N2:210 kg hm^(–2))和常规施氮量(N3:300 kg hm^(–2))3个水平,测定不同水氮运筹下春玉米产量的变化,2019年和2020年采用BTC-100微根监测系统对春玉米吐丝后0-50 d时段内0-100 cm土层的根系进行定点连续动态监测。结果表明,春玉米产量连续4年均为W3N3显著高于CK,与W3N2、W2N3、W2N2处理差异不显著,氮肥农学效率连续4年均为W3N2较高。与CK相比,浅埋滴灌W3N30-60 cm土层根长密度、总根表面积和根系平均直径增加,80-100 cm土层根长密度降低,总根表面积和根系平均直径差异较小;吐丝后0-50 d根长密度、总根表面积和根系平均直径衰减幅度较CK低,其中20-40 cm土层根长密度吐丝后0-50 d时段W3N32年分别降低10.29%和8.83%,CK分别降低了15.04%和14.08%,平均根系衰减率W3N3较CK降低5.23%和4.43%。浅埋滴灌下,根长密度、总根表面积和根系平均直径W3N3、W3N2高于其他处理,且吐丝后0-50 d时段内0-60 cm土层衰减幅度较低,80-100 cm土层差异较小;吐丝后0-50 d时段内0-100 cm土层平均根系衰减率W3N3与W3N2差异不显著,W3N2较W2N2和W1N22年分别低5.68%、5.44%和9.75%、11.98%,较W3N1低7.16%和6.77%。方差分析表明,滴灌量和施氮量对产量和氮肥农学效率均有显著影响,滴灌量对吐丝后0-50 d时段内0-60 cm土层根长密度、总根表面积和平均根系衰减率影响显著,施氮量对吐丝后0-50 d时段内0-60 cm土层根长密度、吐丝后0-30 d时段内0-60 cm总根表面积和吐丝后0-50 d时段内0-40 cm土层平均根系衰减率影响显著。综上,浅埋滴灌下W3N3和W3N20-60 cm土层根长密度、总根表面积和根系平均直径较高,且吐丝后0-50 d时段内降低幅度小,平均根系衰减率低,二者产量差异不显著,但W3N2氮肥农学效率更高,推荐W3N2为西辽河平原灌区玉米节水高产高效栽培适宜的水氮管理模式。

呼伦贝尔草原退化对植被碳库的影响

植被碳库如何响应草原退化是草原生态学的重要研究内容。在呼伦贝尔典型草原上选取40个样地,获取植被地上、凋落物以及不同深度根系的生物量,在区域尺度上阐明草原退化对植被碳库影响。结果表明:植被地上碳库、凋落物碳库以及0~50 cm根系碳库之和通常占据植被总碳库的80.0%之上,草原群落根系碳库在50 cm土层以下无显著变化;随着退化程度的加剧,植被地上碳库、凋落物碳库的占比呈现下降的趋势,而植被地下碳库占比则呈现上升的趋势;随着退化程度的加剧,根系分布呈现明显的浅层化趋势,主要体现在0~10 cm土层根系碳库的占比提高,并且0~10 cm土层根冠比对退化强度具有良好的指示作用。研究结果对于深刻认识草原退化对植被碳库的生态效应具有重要意义,为草原生态系统增汇途径提供科学依据。

退化草原群落地上生物量和多样性对改良措施的响应

为改良恢复已退化的草地,于2012年在退化草地上设置切根、围栏封育、浅耕翻等3种措施,与同期设置的由自由放牧引起的退化草地作为对照,并于2020年生长季高峰期对植物群落地上生物量、多样性等指标进行调查,结果表明:(1)与退化草地相比,实施改良措施9 a后,3种改良措施均可以显著提高植物群落地上生物量(P<0.05),且浅耕翻方式最好;3种改良措施均显著提高了群落中根茎型禾草的地上生物量(浅耕翻>切根>围栏封育>对照),而显著降低了丛生型禾草的地上生物量(对照>围栏封育>切根>浅耕翻)。(2)群落物种多样性在围栏封育下具有明显升高趋势,在浅耕翻和切根方式下均呈显著降低趋势,且群落物种多样性在切根方式下显著低于浅耕翻(P<0.05)。(3)群落中丛生型禾草地上生物量与群落物种多样性呈显著正相关关系(P<0.05),而根茎型禾草地上生物量与群落物种多样性呈极显著负相关关系(P<0.01)。综上所述,3种改良措施中,长期围栏封育对于多样性的维持具有一定促进作用,浅耕翻措施对群落生物量的恢复和提高具有较好效果。

基于浅地层剖面振幅属性的海底沉积物类型反演——以舟山群岛为例

应用声学方法反演海底沉积物类型对于研究海洋和开发海洋具有重要意义。基于有限的海底取样或原位测试获取海底沉积物类型,其成本高、效率低、连续性差,而声学反演方法由于其迅速、连续、方便、经济等优点受到普遍重视。本文基于在舟山群岛海域获取的高密度高分辨率浅地层剖面数据,利用前处理、振幅属性提取等技术进行海底表层沉积物类型反演,通过与侧扫声呐数据解释的地貌类型和实测海底表层沉积物类型对比,发现浅地层剖面振幅均方根RMS属性值可较准确地反演海底表层沉积物类型。利用最近获得的1100 km浅地层剖面振幅RMS属性值反演出舟山群岛的沉积物类型主要有黏土、黏土质粉砂、粉砂、砂和基岩5种类型,通过与实测数据对比,初步估算准确率在72%以上,表明作为一种新的利用浅地层剖面振幅属性反演海底表层沉积物类型的方法在该区是可行的。

新疆艾比湖湿地自然保护区荒漠优势种体内的水分来源

植物体内各水分来源的比例反映植物的适应特征,在水分作为限制因子的荒漠区,其更是物种间生态位分化、荒漠多样性维持的重要机理之一。通过检测艾比湖湿地自然保护区内4个生境(荒漠、河岸林、盐沼地和沙丘)的8科14种优势种的木质部,以及当地河水、地下水、4层不同深度(0—40,40—70,70—100 cm和100—150 cm)土壤水的稳定氧同位素值(δ^(18)O),估算各物种和各科植物体内各种水分来源的比例,随后依据根系的空间位置再将14种植物分成13个中深根系和1个浅根系物种,进一步利用δ^(18)O值分析深浅根系植物间的水分差别,以及各水源间的补给关系。结果表明:(1)艾比湖湿地自然保护区内,不同物种体内水分来源存在差别。将所有优势物种按科属归类后,类似物种水平,不同科属植物体内的水分来源也存在差别;(2)地下水是大部分植物的主要补给水源,多数植物很少利用0—40 cm表层土壤水;(3)深浅根系植物的水分来源不同,深根系植物主要利用地下水和河水,而浅根系植物主要利用土壤水;(4)艾比湖湿地自然保护区内,地下水补给河水,随后两者共同从土壤深层至浅层依次补给土壤水。综上可知:干旱荒漠内,水源可利用性的多样化,导致不同区域植物体内各水分来源的比例存在差别。在离河岸距离、地下水位高低、土壤表层盐渍化程度等因素的综合影响下,多年生和盐渍环境生长的植物,趋向于吸收地下水、河水和深层土壤水,相反,一年生或短命植物趋向于利用其能触及到的各种水源。

喀斯特地区土壤厚度降低和水分减少对两种草本植物混种后光合的影响

土壤"厚薄不均"和"岩溶干旱"是影响喀斯特地区植物生存、生长和繁殖的关键生态因子,深根植物和浅根植物由于根系生态位的互补可能会缓解资源减少对光合作用的抑制作用。以盆栽深根植物苇状羊茅(Festuca arundinacea)和浅根植物多年生黑麦草(Lolium perenne)为对象,研究土壤厚度降低、水分减少及土壤厚度和水分双重资源减少对两种草本植物混种下其光合作用的影响。结果表明,1)在高资源水平下,混种后苇状羊茅的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)和水分利用效率(WUE)与单种间无显著差异(P>0.05);而黑麦草的Pn、Gs和Tr低于单种,WUE显著高于单种(P<0.05)。2)随着资源的减少,不管是单种还是混种,苇状羊茅和黑麦草的P_n、G_s和Tr大体上均呈降低的趋势,黑麦草的WUE呈上升趋势,且混种后降低或升高的幅度明显低于单种;而苇状羊茅的WUE由单种时升高变为混种时降低。3)在低资源水平下,混种后苇状羊茅的P_n、G_s和T_r高于单种,WUE低于单种;黑麦草的P_n、G_s和T_r与单种无显著差异,WUE低于单种。研究表明,在干旱和土壤贫瘠日趋严重的喀斯特地区,通过深浅不同根系的植物混种,可能在一定程度上缓解水分和土壤资源缺乏对植物光合作用的抑制作用。

植物根系的加筋作用对浅埋公路隧道施工稳定的影响

考虑不同类型植物根系的加筋效果,分别采用浅根加筋和深根锚固及其联合加筋模型,通过三维数值模拟分析,对比研究发现:植物根系的浅层加筋作用以及存在主根、侧根和须根的木本植物根系联合加筋作用对于软弱岩体浅埋公路隧道的施工稳定能够产生积极有利影响,而单纯主根型木本植物根系加筋对浅埋隧道施工稳定的影响不明显.对于浅层加筋来说,当隧道的埋深在植物根系影响深度范围之内时,植物根系的加筋作用对浅埋隧道施工稳定的影响效果最好.

浅层地下水对玉米根区水分及根系吸水影响的数值模拟

运用实测数据校准并验证模型,采用Hydrus-1D模型模拟了无灌溉、无浅层地下水以及浅层地下水波动对玉米根区水分动态及根系吸水的影响。结果表明,校准后的Hydrus-1D模型能够较为准确地模拟土壤非饱和区水分动态;浅层地下水可以将土壤剖面水分维持在较稳定的范围内。当无浅层地下水时,观测节点水分波动较大,尤其是40-100cm的砂土层水分在灌溉后迅速降低。浅层地下水在影响根区水分的同时影响着根系吸水,CK、无地下水、无灌溉下玉米生长季累积根系吸水量分别为58.2、53.9、57.4cm。累积根系吸水量随地下水埋深的降低而呈先增加后降低趋势,且均高于CK。累积根系吸水量随着地下水埋深的升高而总体呈逐渐降低趋势,当地下水埋深增加40cm时,累积根系吸水量仅为50.7cm,相对于2013年降低了13%。适宜的地下水位对于维持根区水分和促进根系吸水具有重要作用。

植物根系生长形态对边坡浅层稳定性影响数值研究

为了研究植物根系在不同生长形态下的锚固作用,将根系作为"活土钉"作用于边坡,运用强度折减法进行数值计算分析;通过考虑根系的侧根数量、分枝角度2方面的形态要素,探究其对于边坡浅层稳定性的影响。数值计算结果表明:根系对于边坡浅层的加固效果明显,能改善坡体内应力状态,控制位移变量;随着侧根数量的增多、侧根分枝角度增大,边坡的安全系数逐渐提升,同时破坏形态呈现出渐进式破坏,坡中部逐渐显现"凸肚",坡脚未加固区出现隆起现象。

基于连续断裂过程的根系黏聚力Wu氏模型修正系数的确定

【目的】研究根系黏聚力Wu氏模型的修正系数,可提高Wu氏模型的精确度,进而提高造林边坡稳定性评价的准确性。【方法】针对Wu氏模型对根系黏聚力的高估问题,以刺槐和侧柏根系为研究对象,应用复合材料学的连续破坏理论,阐述根系的渐进失效过程,提出基于连续断裂过程的根系黏聚力Wu氏模型修正系数,即断裂修正系数,并研究不同算法间修正系数的差异性以及修正系数与根截面积比之间的关系。【结果】根系断裂修正系数随算法(P<0.001)、树种(P<0.001)和土层深度(P<0.001)的变化而有显著差异;位移控制式算法引入的修正系数显著高于由拉力控制式算法引入的修正系数(P<0.001);断裂修正系数随深度的增加而增加,表层30 cm内的修正系数显著低于深层根系(P<0.001);根截面积比与断裂修正系数的负相关性存在阈值,当根截面积比小于阈值时(刺槐0.14,侧柏0.11),断裂修正系数随着根截面积比的增加而减少;当根截面积比大于阈值时,断裂修正系数的根截面积比效应不显著。【结论】根系断裂修正系数随算法和树种不同而变化,随土壤深度增加而增大,且在根截面积比阈值范围内(刺槐0.14,侧柏0.11)与根截面积比呈负相关关系。研究结论能为评价造林边坡的稳定性、揭示植物护坡的力学机理提供理论基础,并为水土保持工程植物措施的选择提供科学依据。

植物根的存在对边坡稳定性的作用

总结了国内外在植物根对边坡稳定方面的研究成果,详细介绍了根的分布特征、强度特征,根加筋后土的强度变化以及植物加筋土边坡的稳定性;并提出了植物固坡技术研究领域存在的问题和发展前景.

两种植物根分布特征及其对露天矿边坡表层的加固效果

为研究露天矿排土场边坡植物根的分布特征及加固效果,以海州露天矿西排土场为研究地点,以杠柳(灌木植物)和小蓬草(草本植物)为研究对象,每种植物选择5个样本,采用图片像素换算,确定不同深度(2、4、6、8、10、12和14 cm)土壤剖面上根面积比(RAR)分布;并采用拉力计测量两种植物根的抗拉力学特性;进一步通过纤维束模型计算,量化不同深度土壤剖面上根的附加黏聚力;并建立排土场理想边坡模型,研究两种植物根对边坡浅层稳定性的影响。研究结果表明,两种植物的RAR均值随着土壤剖面深度的增加而减小,每一个物种的RAR在不同深度土壤剖面存在显著性差异;两种植物根的抗拉力与根直径呈现幂律函数关系,且根直径相同时,小蓬草根的抗拉力高于杠柳;两种植物根附加黏聚力随深度的增加而减小,每一种植物根附加黏聚力在不同深度上存在显著性差异;RAR与根附加黏聚力随着根深度的增加,其数据离散性减小;两种植物根系对边坡起到明显的加固效果,杠柳和小蓬草根系加固后,安全系数分别提升了5.4%和9.0%。

寸金薯淮山浅生槽定向高产栽培技术

为了更好推广寸金薯淮山优质高产栽培技术,针对该品种开展浅生槽定向栽培技术的研究,该技术可以改变传统栽培方式对土壤条件要求较高的限制,使淮山块茎美观整齐,易采收,省时省工,达到优质、高效、高产的效果。

草本植物对边坡稳定性影响研究进展

边坡浅层破坏是导致生态环境破坏的重要因素之一。本文针对草本植物的边坡稳定性提升效果与潜力,从对生境的影响和根系参数方面讨论了草本植物的固坡机理;总结了生态边坡工程中草本植物在物种配置与管理措施方面的实践经验。最后,提出了草本植物固坡研究的方向:完善草本植物的边坡稳定性提升概念,探清草本植物的具体固坡机理,建立生态过程和定量化模型,提升特定生境下的物种配置模式、空间布局策略与可持续管理措施。

古桩大树的裸根“浅埋高培”移植技术研究

古桩大树的裸根“浅埋高培”移植技术 ,具有操作简便、成活率高的优点 ,是近年来广泛应用的古桩大树移植的一种新方法 .

浅层滑坡多发区典型灌木根系对边坡土体抗剪强度的影响

生态建设是"一带一路"可持续发展的基础,甘肃省陇南市位于"一带一路"核心区域,地处浅层滑坡多发区,地质灾害频发。通过单根抗拉试验和重塑土直接剪切试验对该区域四种典型灌木杠柳、胡枝子、酸枣和石榴的土壤及根系进行研究,探讨灌木根系对土壤物理性质和浅层滑坡的改善效应。结果表明,灌木根系能显著提高土壤含水率,改善孔隙结构;抗拉强度与根径间存在显著幂函数关系(P<0.01),根径<1 mm的毛细根抗拉强度最强,单根抗拉强度依次为胡枝子>石榴>酸枣>杠柳;重塑土抗剪强度随土壤含水率升高而降低,土壤粘聚力(C)和内摩擦角(φ)均随含水率增加而减小,在10%的最优含水率下,抗剪强度依次为石榴>酸枣>杠柳>胡枝子;随根系密度增加,杠柳和胡枝子的根-土复合体抗剪强度减小,酸枣和石榴在1.5倍天然根系密度下对土壤抗剪强度增强效果最强。通过评价浅层滑坡多发区不同灌木护土固坡效应,为"一带一路"沿线展开生态修复提供理论依据。