重庆缙云山马尾松和润楠径向生长的酸雨响应

【目的】探究南方典型酸雨区树木生长的酸雨响应,为明晰酸雨对森林生态系统的影响提供科学依据。【方法】以重庆缙云山优势树种马尾松和润楠为研究对象,采用树轮气候学方法,分别采集马尾松40株和润楠35株建立树轮宽度年表,计算胸径断面积增长量,分析马尾松和润楠的生长趋势及其对酸雨因子的响应。【结果】1)马尾松和润楠标准年表的样本总体代表性分别为0.942和0.869,马尾松标准年表的样本总体代表性、平均敏感度、一阶自相关和第一主成分解释量均大于润楠;2)1961—2020年马尾松和润楠生长均曾受酸雨抑制,其中马尾松生长受抑制时间长于润楠,但均在2010年后出现生长恢复;3)缙云山酸雨类型从硫酸型过渡到硫酸-硝酸混合型,平均气温和降水量不是近20年树木生长的主要限制因子;马尾松和润楠径向生长与降雨pH呈显著正相关(P<0.05),与降雨中SO_(4)^(2-)浓度呈显著负相关(P<0.05);润楠径向生长与降雨中NO_(3)^(-)浓度呈显著负相关(P<0.05),马尾松径向生长与降雨中NH_(4)^(+)浓度呈显著负相关(P<0.05);4)多元线性逐步回归模型表明,年尺度的降雨SO_(4)^(2-)浓度和NO_(3)^(-)浓度分别对马尾松和润楠径向生长有极显著负面影响(P<0.01),分别可解释65.5%和29.5%的生长变异。【结论】酸雨中SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)浓度是缙云山地区树木生长的主要限制因子,利用树轮研究酸雨对树木生长的影响具有很大潜力。

缙云山针阔混交林水热通量特征及其影响因子

基于涡度相关技术,对重庆市缙云山观测站内的针阔混交林生态系统的净辐射(Rn)、显热通量(H)、潜热通量(LE)、土壤热通量(G)等进行处理,分析研究区水热通量及各环境因子的变化过程,明确水热通量变化的外在驱动因子,为森林经营及林业可持续发展提供科学依据。结果表明:1)该生态系统能量闭合缺失为0.26。2)各水热通量在日变化上呈现单峰变化趋势,在季节变化上呈现出夏季最大(日均值124.66 W/m^(2)),冬季最小(日均值31.68 W/m^(2));空气温度(Ta)、饱和水气压差(VPD)呈现多峰变化趋势;降水集中于一年的4、7、8,9和10月;叶面积指数(LAI)在生长季(4—10月)呈现单峰变化。3)非雾天情况下显热通量(H)显著大于雾天情况,冠层导度(Gs)表现出多维度的复杂特征。缙云山针阔混交林能量循环损失较小,数据可靠;太阳高度角变化引起的净辐射变化是水热通量变化的主导因素;降水量(Pr)的不规则分布及LAI的变化导致Ta和VPD多峰变化;雾气对土壤热量的导向会造成显热通量下降;较高的空气温度导致了大气与下垫面之间湍流形式的热流显著增加而使显热通量上涨。一般情况下,H主要受到Rn的影响,且分别受到VPD和土壤温度(Tsoil)的次要影响(雾天环境)以及VPD和风速WS的次要影响(非雾天环境)。Rn、Gs、Ta、VPD均对LE产生显著影响,未发现研究区Pr和Tsoil与LE存在显著关系。Gs受多种因素(Rn、VPD、Ta、VWC、P等)综合影响。

厌氧消化酸累积条件下强化产甲烷研究与应用

厌氧消化系统在实际运行中易受多种条件的影响,导致挥发性脂肪酸积累,挥发性脂肪酸的积累进一步抑制产甲烷作用,最终导致厌氧消化系统崩溃。分析了pH值、挥发性脂肪酸的种类和浓度是酸累积抑制产甲烷的原因,综述了利用投加嗜酸产甲烷菌和丙酸产甲烷菌的生物强化技术与投加磁铁矿、纳米零价铁、活性炭、生物炭、石墨烯的外源强化技术消除酸累积取得的效果,展望了未来研究方向可从加强酸累积对产甲烷抑制作用的机理探究,以及利用数学模型对酸累积的过程进行预警和调控等方面开展。

吉林省地域文化下漆艺文创产品发展路径研究

以吉林省的地域性造物特征为研究前提,着重研究漆艺文创产品的发展路径与发展方向,以期能够有效地提升吉林省漆艺文创产品的开发水平,推动漆艺文创产品的延续发展,提升其文化价值和市场竞争力。

温经汤不同剂型治疗卵巢储备功能减退的疗效分析

目的分析温经汤膏方、颗粒剂和饮片汤剂对寒凝血瘀型卵巢储备功能减退(DOR)患者的疗效差异。方法选取2021年2月至2022年1月海南省中医院收治的507例寒凝血瘀型DOR患者作为研究对象。随机分为饮片组(采用温经汤汤剂治疗)、颗粒剂组(采用温经汤免煎颗粒治疗)、膏方组(采用温经汤膏方治疗),每组169例。治疗后,比较三组的临床疗效,比较三组治疗前后中医证候评分,采用阴道超声测量并比较三组的卵巢体积(OV)、窦卵泡数(AFC),采用酶联免疫吸附试验法检测并比较三组的血清性激素[雌二醇(E2)、卵泡刺激素(FSH)、黄体生成素(LH)、抗米勒管激素(AMH)]水平。结果膏方组临床疗效优于饮片组和颗粒剂组,中医证候评分较饮片组、颗粒剂组显著降低,OV、AFC显著增加,血清E2、AMH水平显著升高,LH、FSH水平及FSH/LH比值显著降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。颗粒剂组临床疗效优于饮片组,中医证候评分、血清LH、FSH水平显著低于饮片组,OV、AFC及血清E2、AMH水平较饮片组显著提升,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论对于寒凝血瘀型DOR,采用温经汤膏方、颗粒剂、饮片汤剂治疗均能有效减轻患者症状,改善性激素水平,其中温经汤膏方的疗效最佳。

温经汤加减治疗肾虚血瘀型卵巢储备功能减退疗效及对患者子宫动脉血流和卵巢功能的影响

目的:观察探讨温经汤加减用于肾虚血瘀型卵巢储备功能减退(DOR)的临床疗效,及对患者子宫动脉血流及卵巢功能的影响。方法:将86例肾虚血瘀型DOR患者,随机均分为两组,对照组采用常规西医治疗,观察组在此基础上加用温经汤加减治疗,治疗3个月经周期后,比较两组临床疗效,并比较治疗前后中医症候积分、月经评分及卵巢功能(包括激素水平、子宫动脉血流参数、T细胞亚群)变化。结果:观察组治疗后主症、次症、舌脉象积分及总积分均低于对照组(P<0.05)。观察组治疗后经色经质评分、月经周期、月经量均低于对照组(P<0.05)。观察组治疗后促黄体生成素(LH)、促卵泡激素(FSH)均低于对照组,雌二醇(E 2)、抗缪勒管激素(AMH)均高于对照组(P<0.05)。观察组治疗后子宫动脉血流参数OV、AFC、PSV均高于对照组,PI、RI均低于对照组(P<0.05)。治疗后,观察组T细胞亚群CD3^(+)表达明显比对照组高,CD4^(+)、CD8^(+)表达明显比对照组低(P<0.05);观察组临床疗效95.3%,明显高于对照组的76.7%(P<0.05)。结论:温经汤加减用于肾虚血瘀型DOR的疗效显著,可明显改善中医症候、月经症状及卵巢功能,优于单用西医激素替代治疗。

风荷载作用下三种乔木对边坡变形和稳定的影响

植被对边坡稳定影响机制是全世界性的课题,研究多集中于根系固土能力和边坡稳定性增益方面,针对植被边坡土体变形和稳定性对风荷载作用的响应机制并不清晰。为探讨风荷载作用下土体应力发展和稳定性影响规律,该研究基于前期调查选取缙云山3种典型乔木(杉木、润楠、大头茶),采用Geo-studio建立边坡数值模型,分析了各坡体模型在不同风速下的应力、位移和边坡稳定系数。结果表明:1)风荷载作用下,在根土盘位置出现了应力集中现象,迎风侧根土盘上部和下部表现为压力和张力,背风侧则相反;随风速和坡度增大,整体转动趋势加剧,总位移中坡位>上坡位>下坡位。2)当坡度较小时,边坡稳定系数随风速增大先轻微增大后迅速降低,坡度较大时,稳定系数随风速变化单调递减。45°陡坡在最大风速(30 m/s)下,大头茶、润楠和杉木的安全系数较无风时分别降低3.6%、27%、11.8%,大头茶边坡在风荷载下平均应力和总位移最小,稳定性受风荷载影响最小。3)林冠宽度、根盘直径对边坡稳定性影响的极差随风速增大而放大,冠高和根盘深度的极差变化不大,林冠宽度和根土盘直径参数为主要影响稳定性的主要因子。类似大头茶具有较大根土盘直径的树种护坡作用受风荷载影响较小,而类似润楠和杉木具有较大树冠高度,较小根土盘直径和较大根系深度的植边坡在风荷载作用下应力集中现象和位移增大趋势明显,风力对稳定性不利,不建议作为多风区域高边坡防护树种。研究结果有助于理解和认识风荷载下土体应力传递机制和对边坡稳定的影响,为多风区域植被边坡防护提供依据。

重庆缙云山马尾松针阔混交林火干扰下的碳损失估算

林火的发生会对森林生态系统的稳定性产生胁迫,导致气候变化,是森林碳库减少的主要干扰因子之一。为探究火干扰下森林的碳损失量,以重庆缙云山典型林种针阔混交林为研究对象,利用生物量法进行估算火干扰下的枯落物层及乔灌层的碳损失量。结果表明:1)相同火干扰程度下消耗的可燃物量表现为枯落物层(41.33 t/hm^(2))>灌木层(1.28 t/hm^(2))>乔木层(0.27 t/hm^(2)),缙云山马尾松针阔混交林地表分布有大量的可燃物,导致燃烧物以枯落物及上层腐殖质为主;森林各部分可燃物的消耗量随着火干扰程度的增加而增加;2)针阔混交林枯落物层及乔木层可燃物载量主要随着熏黑高度和乔木死亡率的增加而增加,灌木层可燃物载量主要随着熏黑高度和乔木死亡率的增加而减少;3)不同程度火干扰下森林植被碳损失量有所差异,缙云山马尾松针阔混交林样地内碳损失量主要由重度火干扰提供,火干扰后造成的碳吸收损失总量为5.68 t/(km^(2)·d)。综上,缙云山针阔混交林被轻度火干扰程度最大,且以地表火为主,燃烧物主要以枯落物及上层腐殖质为主,所消耗可燃物总量较多,碳损失量较大。

基于“星-机-地”技术的缙云山林火分析

森林林火调查分析是现代林火管理的重要环节。以2022年8月的重庆缙云山大火地点为试验区,实地选取轻度、中度、重度火烧样地,进行每木检尺处理和制图。基于调查区域的卫星遥感和无人机遥感影像,分别计算NDVI,并与实测样地的树高、胸径、熏黑高度、冠幅进行空间匹配,并进行灰色关联分析,分析不同火烧程度样地各项指标与NDVI值的相关性,进而通过NDVI值延伸到卫星影像。结果表明:1)根据地面调查数据,各火烧样地树木的熏黑高度随火烧程度的增加呈明显增加趋势,树高、胸径平均值的变化具有一致性,表现为中度火烧最大,轻度火烧其次,重度火烧最小。冠幅的均值变化趋势不同,表现为中度火烧最大,重度火烧次之,轻度火烧最小,大火主要发生在森林的下层区域。2)3块样地的4项指标与其NDVI的关系均超过0.55,中度火烧样地的熏黑高度、冠幅和重度火烧样地的冠幅指标与其NDVI为中等关联;轻度火烧样地的树高、胸径、熏黑高度与其NDVI的关联度均超过0.8,为极强关联;其余指标关联度在0.6~0.8之间,为较强关联。说明要素间相关性较强,NDVI能够作为林火火烧等级划分的依据。3)以无人机多光谱影像NDVI阈值为标准,确定重度、中度、轻度火烧的NDVI范围依次为0~0.2456、>0.2456~0.3471、>0.3471~0.6900,对卫星遥感影像的NDVI进行重分类,实现该区域的火烧程度等级划分。为较大范围的林火调查提供了新的思路。

基于信息量模型的滑坡灾害易发性评价——以重庆市为例

以滑坡灾害发育严重的重庆市为研究区,基于相关分析结果选取坡度、坡向、地层岩性、距构造距离、距水系距离、降雨量、土壤类型、土地利用类型、距道路距离、归一化植被指数(NDVI)10个指标构成易发区评价指标体系。以2000—2020年发生的8756个历史滑坡灾害点为样本数据,在遥感和地理信息系统的支持下,采用信息量模型开展研究区滑坡易发性评价。结果表明:影响研究区滑坡发育的主要指标为水系、NDVI、坡度,其中信息量值排名前5位的分别为:距水系距离[200 m,500 m)(0.809)、NDVI中的[8%,38%)(0.563)、坡度[13°,20°)(0.500)、距水系距离[0,200 m)(0.429)、距水系距离[500 m,1000 m)(0.428);极高易发区和高易发区分别占研究区面积的17.26%和31.82%,极高易发区的空间分布与水系分布高度吻合,信息量模型的评价精度为78.20%。研究结果可为重庆市滑坡灾害预测预报和做好防灾减灾工作提供技术参考。

火烧对重庆缙云山土壤化学性质的影响

探究不同强度火烧对不同林分林下土壤化学性质的影响,以期为火灾发生后森林生态系统功能的恢复及利用火烧促进林分更新提供参考。在2022年8月重庆市缙云山山火发生1周内,在火烧区针阔混交林和竹林的不同强度火烧及不同深度的土壤取样,测定土壤pH、有机质含量等化学指标。通过描述性统计分析、单因素方差分析和Fisher LSD检验研究土壤化学性质在同一林分不同强度火烧间,以及同一强度火烧下不同林分间的显著性差异和变化趋势。结果表明:1)2种林分内土壤pH、速效钾含量都随火烧强度增大表现出上升趋势,而土壤有机质、全磷含量随火烧强度增大表现出下降趋势,全氮、碱解氮、有效磷含量、阳离子交换量(CEC)随火烧强度增大没有明显变化;2)在相同火烧强度下,2种林分之间的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾和CEC存在显著差异(P<0.05),而pH、全磷无显著差异;3)总体来说,火烧后表层土化学性质变化强烈,短期内土壤养分含量降低,不利于植物生长。因此灾后植被恢复工作要以土壤肥力的改善为主,同时不同林分受灾后土壤化学性质变化具有较大差异,要针对其具体变化实行因地制宜的恢复措施。

火干扰对缙云山土壤团聚体稳定性的影响

为探究土壤团聚体稳定性在火干扰下的变化特征,以近期发生森林火灾的重庆缙云山典型林种针阔混交林为研究对象,采用Le Bissonnais(LB)法中快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和湿润振荡(WS)3种不同的破碎机制,模拟不同强度降雨条件对土壤团聚体的破坏,分析其在轻度(S)、中度(M)和重度(L)3种火干扰下团聚体破碎机制。结果表明:1)在火干扰下土壤团聚体均表现出FW处理下破坏程度最大,WS次之,SW处理下破坏程度最小;在FW处理下,>0.50 mm水稳性团聚体比例均表现出S<M<L<CK;SW处理下,S、M、L相对于CK表层土壤分别降低了2.94%、1.51%、1.59%;WS处理下,S表层土壤降幅最大,为18.87%。2)火干扰下林地土壤整体上表现出MWD_(FW)<MWD_(WS)<MWD_(SW)的特征,不同火烧程度下土壤团聚体MWD值除在FW处理下的下层土壤表现为MWD S<MWD M<MWD L外,其余均表现出MWD S<MWD L<MWD M的特征。3)火干扰下表层土壤的相对消散指数、相对机械破碎指数和团聚体特征参数均大于下层土壤,表明针阔混交林火烧迹地土壤团聚体稳定性受不同火强度干扰的响应均有所不同,且火干扰下表层土壤的团聚体稳定性均大于下层土壤,以期为火烧迹地水土流失防治提供参考。

黄壤坡面土壤分离能力的坡度效应

陡坡土壤分离机制明显区别于缓坡,为揭示坡度对土壤分离能力的影响,采用放水冲刷的试验方法,分析黄壤坡面土壤分离能力的坡度效应。结果表明:1)表征能量指标的水流功率是描述土壤分离能力的最佳参数,表征力学指标的径流剪切力次之,水深和达西阻力系数的表现最差。2)基于WEPP土壤分离能力的计算方程,土壤可蚀性和临界径流剪切力对坡度的响应较为敏感,并非定值。3)利用径流剪切力和水流功率幂函数关系来表征土壤分离能力都存在明显的坡度效应。径流剪切力的系数a_(1)随坡度的增加由二次函数先增大后减小转变为指数减小的趋势,坡度在17.63%时达到最大值;指数b_(1)随坡度的增加呈先减小后增大的二次函数关系,坡度在26.71%时达到最小值。水流功率的系数a_(2)随坡度的增加呈幂函数减小的趋势;指数b_(2)则呈现先减小后增大的二次函数关系,在坡度为28.10%时指数b_(2)达到最小值。因此,缓坡的研究结果不能直接推广到陡坡上,揭示土壤分离能力存在的坡度效应和阈值。

Ti_(3)C_(2)T_(x)掺杂PEDOT:PSS提升蓝色量子点发光二极管性能

空穴注入效率低是制约蓝色量子点发光二极管(QLEDs)性能的关键因素。通过提升PEDOT:PSS的电导率来增加器件的空穴注入效率是提升蓝色QLEDs性能的重要方向。由于二维材料碳化钛(Ti_(3)C_(2)T_(x))具有较高的导电性、丰富的表面官能团及良好的亲水性等优点,有望通过掺杂提高PEDOT:PSS的电导率。本文采用HCl/LiF刻蚀法制备了单层Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片,并将其掺杂到PEDOT:PSS中制备了蓝色QLEDs器件。结果表明,当Ti_(3)C_(2)T_(x)的掺杂量为0.1%时,器件的最大外量子效率和电流效率分别达到15.2%和14.42 cd·A^(-1),与参比器件的9.09%和7.68 cd·A^(-1)相比,分别提高了67%和87%。Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片对蓝色QLEDs器件性能提升有两个作用,一方面诱导PEDOT的构型从苯态到喹啉态转变,形成紧密堆积的大尺寸PEDOT纳米晶,并将这些导电纳米晶连接起来,构筑了新的电荷传输通道,提高了复合层的电导率;另一方面,通过掺杂实现了PEDOT:PSS功函数的调节,提升了蓝色QLEDs器件的空穴注入效率。

火烧对缙云山典型林分土壤水分物理特征的短期影响

为探讨不同林分和土层深度下火烧强度对土壤水分物理特征的影响,在缙云山火灾发生后短期内,以马尾松林和竹林为研究对象,分别采集火烧样地和对照样地0~10和10~20 cm土层的土壤,采用环刀法测定土壤密度和土壤孔隙度,烘干法测定土壤持水量,土壤入渗情况采用定水头法测定。结果表明:火烧发生后短期内,马尾松林和竹林土壤密度增加,孔隙度和持水性能下降;土壤的初渗速率、稳渗速率、入渗总量及饱和导水率随火烧强度的加强和土层深度的增加均呈递减趋势。火烧强度对土壤水分物理特征的影响表现为重度火烧>中度火烧>轻度火烧。土壤总孔隙度在不同林分中的表现为竹林>马尾松林,土壤密度和饱和持水量表现为马尾松林>竹林。不同林分土壤入渗速率的大小表现为竹林>马尾松林。研究结果可为火烧迹地生态系统的恢复、改造及管理提供一定的理论基础。

林火对重庆缙云山典型林分土壤细菌群落及酶活性的短期影响

森林火灾是森林土壤及生物多样性产生的一个驱动因素。特别是在容易发生火灾的生态系统中,火灾对土壤微生物群落以及酶活性的影响复杂,在很大程度上仍然是未知的。因此,分析火灾后短期土壤细菌以及酶活性的变化动态对理解森林群落的重建过程具有重要的生物学意义。以重庆缙云山火灾后针阔混交林和竹林的土壤为研究对象,在火灾发生的1个月内,对不同火烧强度下针阔混交林和竹林0~10 cm和10~20 cm土层进行采样,测定土壤中蔗糖酶、纤维素酶和脲酶的活性以及土壤养分及pH的变化情况,采用高通量测序测定技术分析土壤中细菌群落结构变化。结果表明:1)在林火发生后短期内土壤细菌多样性、丰富度、土壤有机质以及土壤酶活性都有所下降,土壤pH、速效钾、有效氮、有效磷都不同程度的上升,尤其在0~10 cm土层受林火的影响更强。2)土壤中变形菌门、放线菌门和绿弯菌门的相对丰度在遭受中度和重度林火后最高;酸杆菌门的相对丰度在未遭受林火时最高;厚壁菌门的相对丰度在轻度火烧后最高。3)在土壤细菌结构与土壤化学因子的冗余分析中发现,火灾后土壤化学性质的改变也会影响土壤细菌群落和土壤酶活性。森林火灾会导致土壤细菌群落多样性下降,土壤酶活性显著下降。中度和重度火灾对土壤细菌多样性和酶活性的影响最大,通过冗余分析得知变形菌门与土壤养分呈正相关,酸杆菌门与土壤养分和pH值呈负相关。

重庆缙云山植物幼苗根系及土壤对酸雨的响应机制

为研究酸雨对植物根系和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量、生态化学计量比特征及根系形态影响,以重庆乡土树种马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、香樟(Cinnamomum camphora)、毛竹(Phyllostachys edulis)为研究对象,于2021年5月进行酸雨模拟试验,设置4个不同处理水平,即CK(pH7.0蒸馏水)、pH4.5、pH3.5和pH2.5;模拟酸雨环境4个月后对植物根系形态及土壤和根系C、N、P含量进行测定。结果表明:1)在pH3.5条件下,杉木和香樟根系全氮含量受到显著抑制(P<0.05),与对照组相比,分别降低18.86%、35.66%,在pH4.5条件下马尾松土壤有机碳储量升高而毛竹土壤全氮产生流失;2)酸雨对各植物-土壤C∶N∶P影响不同,杉木、香樟根系C∶N在pH3.5条件下显著上升至50.26、61.33;在酸雨处理下,根系氮和磷变化趋势一致,马尾松、杉木、毛竹受到氮元素限制;3)不同植物根系在酸雨影响下表现不同,酸雨促进马尾松和杉木根系生长,抑制香樟和毛竹根系生长;4)根系形态与根系C∶N和根系全碳含量显著正相关,而与根系N∶P显著负相关。短期酸雨尚未破坏各植物-土壤整体平衡,杉木土壤缓冲能力强于马尾松、香樟、毛竹土壤,且根系对酸雨响应更加积极。

重庆缙云山3种典型倒伏树木根土盘特征

根土盘是边坡林木力学分析建模和了解林木倒伏力学机制的重要模块。为实现基于植株地上部分易观测指标对根土盘几何参数的预测,以及分析根土盘形态特征的主要影响因子,对缙云山林地倒伏树木进行野外调查,统计杉木、润楠、大头茶的树高、冠高、冠幅、根土盘的迎风半径、背风半径、横向直径、根土盘深度、根系数量、地形坡度等指标,并对3种植物的根土盘根系抗拉强度进行测定,最终对调查数据进行统计拟合以及PCA分析。结果表明:1)大头茶具有最大的横向直径与最小的根土盘深度且表层根系数量多于杉木和润楠,根土盘整体呈宽浅圆盘状;杉木具有最小的横向直径与最大的根土盘深度且深层根系数量多于大头茶和润楠,根土盘整体呈窄深圆柱状;2)3种树木根土盘的横向直径、迎风半径、背风半径与胸径均呈较强的正相关关系(R^(2)>0.452),根土盘深度与胸径的相关性则较弱(R^(2)<0.047);3)PCA分析结果显示根土盘横向直径与根系数量和地形坡度呈较强正相关关系,根土盘深度与冠幅、冠高比呈较强正相关关系。综合得出:通过胸径可以对横向直径、迎风半径、背风半径这些指标进行相对比较好的预测,对根土盘深度的预测则较差;倒伏株的根土盘形态主要受根土盘根系数量、冠高比等决定,较多的根系数量和较大的地形坡度导致更大的根土盘横向直径,冠高、冠幅比较大的树木,导致更大的根土盘深度。

重庆缙云山森林火灾干扰边坡的滑坡易发期预测

为明确缙云山火灾后边坡的失稳机制并预测未来滑坡风险,该研究通过对火林地根-土体物理性质勘测和试验,借鉴森林砍伐与根系强度预测模型-SIDLE曲线模型预测了根系强度的衰减和恢复动态,并采用COMSOL模拟了未来40 a林地边坡在正常状态和极端降雨事件后的稳定性动态。结果表明:(1)缙云山林缘边坡为约1.5 m厚的砂质壤土-砂质泥岩双层土坡结构,上下层渗透性和土体强度差异悬殊;(2)林缘边坡在自然状态下处于稳定状态,潜在滑动面位于深层(稳定系数FOS>2);极端降雨条件下,潜在滑动面位于土层结构面上,该处易出现带状积水,正孔隙水压力约10 kPa,极端降雨后无根系状态临界FOS为1.13,根系固土状态下临界FOS为1.32;(3)火灾发生后对自然状态下边坡深层稳定性影响较小,而极端降雨后边坡浅层稳定性随火灾后的年动态呈现快速降低而后缓慢恢复的趋势,期间FOS谷值处便出现长达数年的浅层滑坡易发期。缙云山林缘边坡的失稳机制为降雨过程中土层界面处正孔隙水压力积累弱化了有效应力。结合文献已有灌木根系数据和本区植物根系固土特性和土层特征,保守估计该次火灾发生后6~9 a为滑坡易发期,FOS为1.22~1.32,至少18~24 a后才可完全恢复至火灾前的稳定条件。研究结果有助于了解区域浅层滑坡形成机制,为火后森林恢复和边坡风险评估提供初步参考。

森林火灾对浅层含根土力学特性的影响

根系对土体的力学特性有显著影响,可以对土壤侵蚀和浅层滑坡起到作用。森林火灾发生后,对表层土壤产生影响,植物根系的固坡作用明显减弱,然而对灾后根土复合体力学特性的影响及根系腐败研究尚不充分。为揭示火灾对根系固土能力的弱化机理,对2022年8月21日发生山火的重庆市缙云山国家级自然保护区开展调查,从不同火烧程度的区域采集土样,采用电子万能试验机测得根系抗拉强度、ZJ型应变控制式直剪仪测定含根土体抗剪强度。结果表明:1)轻度火烧区与未被火烧区的细根数量差异较小,而中等火烧区与重度火烧区明显减少,对直径<2 mm的根系,针阔混交林在轻度、中度与重度火烧地区分别比未被火烧地区减少16%、28%和44%,竹林分别减少17%、25%和50%;2)根系抗拉强度随直径整体呈幂函数下降,对比火灾前后根系的抗拉强度,其值随火烧程度的增加而降低;当法向应力相同时,针阔混交林和竹林的未火烧区根土复合体的抗剪强度均明显大于火烧区,中度火烧区与重度火烧区下降较为明显;3)火烧等级对土壤黏聚力显著影响,针阔混交林重度火烧区0~10 cm土壤黏聚力较未火烧区域降低86%,竹林重度火烧区20~30 cm下降72%。结果可为研究森林火灾对根土复合体力学特性的影响及其相关机制提供依据,为灾后浅层滑坡等地质灾害易发性评价和防灾减灾提供数据支撑。