宁夏南部黄土丘陵区3种草本根土复合体抗冲性及其与影响因素的关系

[目的]明确宁夏南部黄土丘陵区3种草本根土复合体抗冲性差异及其与相关影响因素的关系,为研究区生态建设质量提升及植被优化配置提供理论依据。[方法]以研究区常见草本百里香、星毛委陵菜、长芒草根土复合体为研究对象,采用室内原状土水槽冲刷法,并利用LA-S根系扫描分析系统,研究不同草本0—15 cm土层根土复合体抗冲性能及其与根、土的关系。[结果](1) 3种草本0—15 cm土层根土复合体抗冲性大小为星毛委陵菜(53.7 L·h/g)>百里香(36.5 L·h/g)>长芒草(14.2 L·h/g),星毛委陵菜根土复合体抗冲性最强。(2) 3种草本根系根长密度、表面积密度、体积密度和比根长分别为4.25~10.56 cm/cm^(3),42.95~111.51 mm^(2)/cm^(3),5.04~17.94 mm^(3)/cm^(3),35.06~67.96 m/g,根长密度等参数百里香明显大于其他草本。(3)各草本根系分布土壤的有机碳含量百里香(1.437%)>星毛委陵菜(1.290%)>长芒草(0.430%)。根系土壤黏粒含量百里香是星毛委陵菜、长芒草的1.14倍、1.20倍。3种草本土壤团聚体参数MWD,GMD,R_(>0.25)分别为13.80~18.23 mm, 7.15~11.11 mm, 43.06%~70.05%,各指标星毛委陵菜最大。(4)根系、土壤均能直接或间接、单独或共同影响根土复合体抗冲性。百里香土壤黏粒、粉粒、砂粒及团聚体直接影响土体抗冲性,其大部分根系还通过影响土壤机械组成和有机碳含量间接影响抗冲性。星毛委陵菜土壤粉粒和大部分细根直接影响土体抗冲性,其0~0.5 mm根、土壤黏粒、砂粒还通过影响土壤团聚体等间接影响抗冲性。长芒草土壤砂粒、0~1.0 mm根直接影响土体抗冲性,其特定细根还通过影响土壤团聚体和有机碳含量间接影响抗冲性。[结论]3种草本根土复合体抗冲性大小有明显差异,根系、土壤均能影响其抗冲性能,在宁夏南部黄土丘陵区进行生态建设应考虑不同草本(植被)的抗冲性能,并在改善相关影响因素的基础上加以科学配置。

中国南北方植物对土壤加固机制的差异性

为深入分析植物对土壤加固的影响效益和机制,该研究选取重庆缙云山地区和陕西延安黄土丘陵区种植一年的乔木(火炬树、榆树)和灌木(荆条、酸枣),测定其根系形态、力学参数和土壤的抗剪强度,通过RBMw模型计算根系固土效益,综合评估不同植物的固土效能和贡献度。结果表明:2地种植的物种平均根直径的差异不显著(P>0.05),重庆种植的乔木(火炬树、榆树)的根长、分叉数和根尖数显著高于延安,灌木未出现显著差异(P<0.05)。根系的抗拉强度与直径都符合负幂函数关系,其中平均抗拉强度最大的为荆条。除荆条外,同种植物根系的抗拉强度并未因不同地区的种植产生显著差异。4个植物种根系的固土效率为0.65~4.12 kPa,各物种间存在显著差异(P<0.05)。重庆2种乔木种植下的根土复合体有效黏聚力高于裸地(约10%),灌木种植下则普遍略低于裸地。除酸枣外,种植于重庆的4种植物的根系固土作用和效率都显著的高于延安(P<0.05)。研究结果可为不同地区固土护坡的树种选择提供理论依据。

北麓河青藏公路沿线多年冻土区热融滑塌型边坡植被防护力学效应研究

为评价青藏公路沿线多年冻土区高寒草甸和人工种植植物固土护坡力学贡献,本研究选取位于青藏公路沿线北麓河地区一处热融滑塌灾害作为研究区。以原生草甸(主要植物种为嵩草(Carex myosuroides Vill.)和藏嵩草(Kobresia tibetica Maxim.))和人工种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、星星草(Puccinellia tenuiflora(Griseb.)Scribn.&Merr.)、冰草(Agropyron cristatum(L.)Gaertn.)、早熟禾(Poa annua L.)、碱茅(Puccinellia distans(L.)Parl.)和中华羊茅(Festuca sinensis Keng ex S.L.Lu)等6种生长期为1 a草本为研究对象,通过开展室内原状根-土复合体剪切试验,探讨了草本根系增强热融滑塌型边坡体抗剪强度作用贡献,并采用静力平衡法对该热融滑塌型边坡稳定性进行了评价。主要得到如下结果:通过室内洗根试验得到根-土复合体试样平均含根量由高至低依次为原生草甸(33.33 mg·cm^(-3))、垂穗披碱草(16.95 mg·cm^(-3))、早熟禾(13.12 mg·cm^(-3))、中华羊茅(5.80 mg·cm^(-3))、冰草(3.89 mg·cm^(-3))、星星草(3.15 mg·cm^(-3))、碱茅(2.86 mg·cm^(-3));平均株高由高至低依次为垂穗披碱草(10.93 cm)、原生草甸(9.64 cm)、冰草(6.88 cm)、早熟禾(5.22 cm)、中华羊茅(3.90 cm)、碱茅(3.86 cm)、星星草(2.90 cm);区内原生草甸和6种人工种植草本根-土复合体抗剪强度均显著高于不含根系素土,其中原生草甸和人工种植垂穗披碱草根系增强土体抗剪强度作用增幅相对较大,分别为42.17%和30.96%;由静力平衡法计算得到含根系边坡安全系数均高于不含根系素土边坡,边坡安全系数由大至小依次为原生草甸(1.47)、垂穗披碱草(1.39)、早熟禾(1.38)、冰草(1.37)、碱茅(1.36)、星星草(1.32)、中华羊茅(1.32)、素土(0.96)。该研究结果对于有效防治青藏公路沿线北麓河地区热融滑塌灾害,同时为进一步有效防治青藏公路沿线热融滑塌灾害引发的水土流失、草地退化等灾害提供理论依据和实际指导。

土壤含水量对探地雷达探测植物根系构型精度的影响

根系是评价植被生态服务功能的关键基础要素,但快速、精确、无损确定根系的测量技术和方法是目前生态系统评估中的瓶颈。探地雷达是一种高效无损的地球物理学技术,可以在无损状态下获取土壤中的根系信息。但是探地雷达检测和识别根系的精度受土壤含水量、根系含水量、根径大小、根系埋藏深度等诸多因素影响,导致其在野外根系探测中适用性受限,为了探究土壤含水量对探地雷达探测根系精度的影响,本研究采用野外预埋根系的控制实验,根据探地雷达波速、振幅和根点反射系数的变化,分析了不同土壤含水量条件下根点识别率及根点距离均方根误差。结果表明:(1)根系探测中,探地雷达波速和振幅是判断土壤含水量变化的重要参数;(2)随着土壤含水量的增大,探地雷达波速减小,雷达振幅趋于平缓;(3)不同土层深度上随着根系直径的增大,探地雷达波速增大,雷达振幅趋于激烈;(4)根点识别率与土壤含水量成负相关(P<0.05),土壤含水量为15%~25%时探地雷达对活根的识别效果最佳。本研究表明探地雷达可以作为植物根系生物量无损和快速测定、评估的方法,但在利用探地雷达测定土壤中根系时,应在土壤含水量相对较低的时间段进行。

紫穗槐接种AM真菌对红壤林下侵蚀劣地的影响研究

为探究植被接种丛枝菌根(AM)真菌对南方红壤区林下侵蚀劣地恢复的影响机制,本研究以马尾松退化林地为对象,设置引种灌木不接菌(S)和引种灌木接菌(S+AMF)两种处理,研究土壤AM真菌群落、土壤肥力及植物生长对紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)接种AM真菌的响应。结果表明,接菌一年后,S+AMF处理菌根侵染率(MIR)极显著大于S处理(P<0.001),而接菌三年后MIR在两处理间无显著差异。接菌三年后,与S处理相比,S+AMF处理AM真菌的多样性和丰富度无显著差异,但其在种水平上的网络复杂性有所提高,其中Rhizophagus manihotis、Glomus cf.clarum Att894-7、fungal sp.Kamogawa和Rhizophagus neocaledonicus丰度具有显著性差异;土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、总球囊霉素相关土壤蛋白(TG)、土壤微生物生物量碳(SMBC)和土壤微生物生物量氮(SMBN)含量均显著或极显著提高,土壤团聚体变化不显著;植物叶片中全氮(TN)和全磷(TP)含量以及地上生物量(AGB)均显著或极显著提高,而地下生物量(UGB)显著降低(P<0.05);植物根系构型中,根系总根长(TRL)、总体积(TRV)、比根长(SRL)、比表面积(SSA)和根冠比(R-S R)均显著或极显著降低,而根组织密度(RTD)则极显著提高(P<0.001)。线性回归分析表明,SOC、土壤TN、TG、SMBC、SMBN、AGB与MIR间存在显著或极显著正相关关系,TRL、TRV、R-S R、UGB和MIR间存在显著或极显著负相关关系,说明紫穗槐接种AM真菌能够有效改善土壤肥力,同时改变植物地上地下部的生长情况。本研究结果为林下劣地土壤质量提升和植被恢复提供了技术参考。

毛乌素沙地不同植被恢复类型的土壤碳水效应

[目的]探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳和水分含量特征及其关系,为毛乌素沙地植被恢复类型的选取提供科学依据。[方法]以毛乌素沙地自然恢复草地及沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳(灌灌混交)、樟子松、沙柳×樟子松(乔灌混交)为研究对象,并以裸沙地为对照,分析不同植被恢复类型对0-5.0 m土层土壤剖面碳、水的影响及其相关性。[结果](1)植被恢复增加土壤有机碳含量,沙柳×樟子松、樟子松、草地、沙蒿×沙柳、沙柳、沙蒿依次降低,0—0.2 m土层显著高于深层,表现为表聚效应;随着土层深度的增加,各植被类型的有机碳含量逐渐降低;沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳在0.8—2.2 m土层范围内表现为碳损失。(2)不同植被恢复类型在深层均存在不同程度的水分亏缺,主要集中在1.0—3.0 m土层,具体亏缺程度为沙柳×樟子松>樟子松>沙蒿×沙柳>沙柳>草地>沙蒿。(3)根系是影响土壤有机碳含量和水分消耗的主要因素;土壤有机碳含量与土壤含水量在0—5.0 m土层范围内负相关。[结论]植被固存有机碳以消耗深层土壤水分为代价,沙柳×樟子松固定同等单位量的碳消耗水分最少。因此,从土壤固碳和保水2个角度同时考虑,沙柳×樟子松在毛乌素沙地的植被恢复中具有较好的恢复效果。

接种AMF对西部煤矿区紫穗槐根系分布和水分利用效率的影响

西部干旱半干旱煤矿区井工开采导致了大面积采煤沉陷区的出现,矿区生态复垦难度较大,利用菌根微生物技术进行生态修复已经成为当前的研究热点。为探究接种丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)对紫穗槐根系分布特征和水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)的影响,研究通过室内土柱试验,设置了对照不种植紫穗槐幼苗(CK1)、种植紫穗槐幼苗(CK)、种植紫穗槐幼苗并接种AMF(+AM)3组试验处理,并对植物生长指标和土壤水分等进行了测定。结果表明:①接种AMF有效促进了紫穗槐的生长,其株高、SPAD(Soil and plant analyzer development)值、地上生物量和地下生物量相较CK处理分别提升38.5%、27.5%、11.1%、69.4%;②接菌改变了紫穗槐的根系分布,使总根系长度和根尖数分别增加329.0%和586.1%,平均根直径显著减小22.9%,2 mm以下细根根长比例提升370.1%。同时,接菌影响了土壤水分分布和紫穗槐的水分利用模式,使0~20 cm的土壤含水率较CK处理分别提高8.9%、7.8%,20~50 cm的含水率又分别降低16.8%、4.0%、11.6%;接菌增加了紫穗槐对表层5 cm以下土壤的水分利用比例,在5~30、30~50 cm分别提升15.4%、9.9%;③接菌使紫穗槐植株的WUE增加了27.5%,主成分分析结果表明,紫穗槐根系中的细根长(0.50~1.00 mm)和根尖数是干旱胁迫下接种AMF对土壤水分高效利用的关键根系特征。综上,接菌可对紫穗槐幼苗有明显的促生作用,通过对紫穗槐细根根系特征参数的显著改善,促进了对土壤水分的吸收及再分配能力,进而使紫穗槐植株表现出较高的WUE,该研究结果可为西部采煤沉陷区生物联合修复技术提供科学指导和技术支持。

不同密度可降解防草布对柑橘幼树生长及土壤性质的影响

本研究分析不同密度可降解防草布(低密度:52 g·m^(-2);中密度:72 g·m^(-2);高密度:82 g·m^(-2))对幼树生长及土壤性质的影响,旨在为柑橘幼树果园如何选择可降解防草布提供参考。结果表明,与对照相比,低密度和中密度可降解防草布对植株地上部分生长、根系在不同土层深度的分布比例均无显著性影响,但能造成根系总数量发生显著性减少。高密度可降解防草布能显著促进植株地上部分生长,不会引起根系总数量减少,但易造成根系分布在浅土层(0~<20 cm土层深度)。3种防草布对土壤容重无显著性影响,但能造成表层土壤含水量增加和深层土壤含水量减少,这可能是根系分布在浅土层的原因之一。因此,建议柑橘幼树果园选择高密度可降解防草布覆盖,但应考虑防草布覆盖前进行深层土壤改良,避免根系上浮。

艾草根系DSE菌株与根际功能性细菌的分离、鉴定及应用

【目的】从艾草(Artemisia argyi)根系及根际土壤中分离筛选具有促生作用的菌种。【方法】分别在内蒙古鄂尔多斯市和通辽市采集艾草根系及根际土壤样本,分离纯化共生真菌———深色有隔内生真菌(dark septate endophytes,DSE)和功能性细菌,采用分子生物学技术进行鉴定,从中筛选具有显著促生效果的DSE菌种和功能性细菌,构建人工菌群,并设置不接菌(A)、单接DSE(B)、单接解磷菌(C)、单接固氮菌(D)、DSE+解磷菌(E)、DSE+固氮菌(F)、解磷菌+固氮菌(G)、DSE+解磷菌+固氮菌(H)8个处理对艾草植株进行回接试验,以筛选最佳菌种。【结果】DSE真菌在艾草根系中的定殖率最高,共生结构主要呈现为链状、条带状、脑状和零散状。在艾草根系中,成功分离出4株DSE,其中菊异茎点霉(Paraphoma chrysanthemicola)在两试验地均为优势菌种。在艾草根际土壤中,共分离出36株功能性细菌,分别为26株解磷细菌和10株固氮细菌。解磷细菌中以芽孢杆菌属(Bacillus)为主,占总分离数的30.50%,其中,短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)占比为27.20%;固氮细菌中以根瘤菌属(Rhizobium)为主,占总分离数的16.67%,其中,溶纤维根瘤菌(Rhizobium cellulosilyticum)占比为33.30%。B~H处理的艾草生长指标均优于A处理,其中,H处理的促生效果最佳,其茎粗、叶片数、地上生物量、地下生物量分别提高了24.93%、80.00%、279.17%和251.69%。【结论】异茎点霉(Paraphoma chrysanthemicola)、短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)和溶纤维根瘤菌(Rhizobium cellulosilyticum)复合接种的促生效果最佳,DSE+解磷菌+固氮菌处理为最佳促生微生物组合。

甘蔗/花生间作对根系生理及根际土壤养分的影响

为探明甘蔗/花生间作对根系生理及根际土壤养分的影响,本文设置了甘蔗单作、花生单作、甘蔗/花生间作模式,系统分析了不同种植模式下根系分泌物、根系浸提物和根际土壤养分的变化及其相关性。结果表明:间作甘蔗根系分泌的总氨基酸及根系浸提液中的总糖显著高于单作,间作花生根系分泌的总糖显著高于单作。间作甘蔗根际土壤的碱解氮(alkali-hydrolyzed nitrogen,AN)、有效磷(available phosphorus,AP)、速效钾(available potassium,AK)和土壤有机质(soil organic matter,SOM)显著高于单作甘蔗,间作种植显著降低了花生根际土壤的有效磷、速效钾和pH。间作和单作甘蔗的酸性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶差异不显著,间作花生的过氧化氢酶显著高于单作花生。根系分泌的酚酸与土壤有机质呈显著负相关,总糖与蔗糖酶呈显著正相关,氨基酸与脲酶呈显著正相关;根系浸提液中的有机酸与pH呈显著正相关,氨基酸与SOM呈显著负相关、与AK呈极显著负相关。脲酶与AK呈显著负相关,蔗糖酶与SOM呈极显著负相关。综上,甘蔗/花生间作主要影响根系分泌氨基酸、总糖和酚酸的代谢活动,且可显著提高甘蔗的土壤有效养分。

喀斯特地区典型植被根系对优先流的影响

[目的]揭示西南喀斯特地区优先流特征及根系对其影响,明确不同植被类型根系对优先流程度的影响,为当地植被恢复和水源涵养提供依据。[方法]以云南喀斯特地区3种典型林分为研究对象,采用野外染色示踪和统计分析相结合的方法,获得优先流形态特征与染色面积比,结合植物根长密度等4个根系特征参数,运用单因素方差法分析不同林分类型下的优先流程度。[结果](1) 3种典型林分根系特征总体呈现天然次生林>天然混交林>人工纯林。(2)不同林分最大染色深度为20—30 cm,随深度增加呈现减少的趋势,垂直剖面和水平剖面均反映出土壤水分发生侧渗。(3) 0—2 cm土层出现基质流,随着土层加深其余染色剖面呈指状或漏斗状流动,并显示出明显的根系路径。混交林中优先流主要的运移方式是垂直下渗,而纯林横向流发育程度较高,天然次生林的优先流比最大且长度指数最小,表明复杂的根系结构能有效加强水分在土壤中的运移深度。[结论]3种典型林分根系特征参数与优先流发育密切相关且均有促进作用,但不同林分类型根系指标与优先流发育程度相关性不同。天然次生林的根系指标均呈现负相关关系;人工纯林的根长密度和根表面积密度呈现正相关关系,根体积密度和根生物量密度呈现负相关关系;天然混交林的根系指标均呈现正相关关系。

降雨条件下草本植物根系对残积土边坡渗流稳定性的影响

为研究紫穗槐和胡枝子两种植被根系对残积土边坡的渗流稳定性影响,本实验研究设计采用数值模拟的方法进行研究,以Geo-studio软件为平台,计算分析不同降雨强度作用下,裸坡与指数形根系和均布形根系对边坡渗流及稳定性的影响规律,计算的内容包括孔隙水压力、饱和度和安全系数。研究结果表明:植被边坡的孔隙水压力的上升速度大于裸坡,指数形根系边坡的敏感性高于均布形根系边坡;植被边坡比裸坡易达到饱和,指数形根系边坡对饱和度的变化同样具有较高的敏感性,饱和度变化幅度与降雨强度呈负相关的关系;对残积土边坡稳定性影响效果,指数形根系对边坡稳定性表现得更有利,降雨强度较小时均布形根系提高作用稳定,降雨强度增大时其安全系数向裸坡靠拢,而指数形根系在四种降雨强度下对边坡仍可稳定发挥提高作用,且安全系数一直位于均布形根系之上,对提高残积土边坡稳定性的积极性更高。

干旱条件下淮北平原夏玉米根系水分来源研究

为探究干旱胁迫条件下淮北平原夏玉米生长期水分利用特征,分析农田降水-土壤水-作物水之间的转化规律。通过野外实验和室内分析,测定分析不同生长期内降水、土壤水、植物水、地下水的稳定氢氧同位素值。采用稳定氢氧同位素技术分析了各水体的同位素分布特征,利用直接对比法和多元线性混合模型法分析夏玉米对土壤水分的主要吸水深度及贡献率,进而研究其水分来源。结果表明,五道沟实验站夏季大气降水线方程为δD=7.26×δ^(18)O+3.11(R^(2)=0.98),其斜率和截距均小于全球大气降水线方程,表明降水在降落过程存在蒸发富集过程。土壤水氢氧同位素在垂直方向剖面呈现明显的梯度分布。干旱胁迫条件下,夏玉米拔节-抽雄期主要吸收0~20、20~40、40~60 cm处的土壤水,贡献率分别为21.8±13.6%、25.5±20%和25.1±18.2%;抽雄-灌浆期主要吸收0~20 cm处的土壤水,贡献率为68.6±3.6%;灌浆-成熟期主要吸收0~20 cm处的土壤水,贡献率为72.0±0.9%。夏玉米根系优先利用浅层土壤水,土壤水主要来自大气降水。地下水埋深较浅地区,干旱条件下夏玉米在整个生长期内根系吸水深度较浅,由此考虑生长期改变灌溉方式来提高灌溉水利用率。

阴山北麓武川地区藜麦根-土复合体抗剪特性研究

在阴山北麓武川地区选择了的G28、WD9、WD12、W7高产藜麦作为研究对象,通过素土与藜麦根-土复合体直剪试验,探究了藜麦根系在不同径级和不同土壤含水率条件下的抗剪强度特性。研究结果表明,藜麦根-土复合体的抗剪强度与根系径级存在明显的正相关关系,即随着根系径级的增大,其抗剪强度也显著提升。同时,较大的根系径级不仅增强了复合体的抗剪强度,还促进了黏聚力和内摩擦角的增加。直剪试验结果显示在6.25 kPa、12.5 kPa垂直荷载(藜麦根系集中区)下,藜麦根-土复合体的黏聚力增长率均高于27%,最高值达到了32%,相比之下,内摩擦角的增长率较为稳定,平均约为4%。种植藜麦后,其根系显著增强了土体的抗剪强度,其中黏聚力起到了主导作用。此外,随着土壤含水率的上升,藜麦根-土复合体的抗剪强度与黏聚力也呈现出增大的趋势,当土壤含水率达到11.54%时,二者均达到最大值。然而,内摩擦角却随着含水率的增加而减小。自然条件下藜麦根-土复合体抗剪强度、黏聚力在6.25 kPa、12.5 kPa垂直荷载(藜麦根系集中区)时相对于素土的增长率,得出固着水土能力最优的品种为G28。

沙棘根系固土力学特性对其平茬复壮的响应

为考察平茬措施对根系力学特性的影响,以内蒙古干旱半干旱地区水土保持先锋灌木沙棘(Hip-pophaerhamnoides)根系为研究对象,使用TY-8000拉力机,进行单根极限拉伸试验和根土界面拉拔摩阻试验,并分析平茬对沙棘根系固土力学特性的影响。试验结果显示,在测试根径为0~5mm时,平茬和未平茬条件下,沙棘单根极限抗拉力、抗阻拉力均与直径呈幂函数正相关;单根极限抗拉强度、根-土界面拉拔抗剪强度均与直径呈幂函数负相关。在代表根径级0.5~1.5mm,沙棘平茬较未平茬平均单根极限抗拉力值提高31%;平均单根极限抗拉强度提高37%;平均拉拔抗剪强度提高30%。研究结果表明,直径对沙棘根系抗拉强度和抗剪强度均有影响,且沙棘经平茬处理后,抗拉特性和抗剪特性均有所提高。

黄河源区六种草本植物根系抗拔力特征及其影响因素研究

为探讨黄河源区高寒草地植物根系抗拔力特性,本研究选取青海河南县高寒草地6种优势草本为研究对象,通过原位拉拔、单根拉伸、根-土复合体直接剪切等试验,分析6种植物根系抗拔力特性,探讨植物根径、根数、根长和土体密度、含水率、紧实度、含根量及单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力等9种因素对植物根系抗拔力的综合影响。结果表明:6种草本根系抗拔力以矮嵩草(Kobresia humilis K.)最大(46.50 N),高山嵩草(Kobresia pygmaea C.B.Clarke.)次之(37.50 N),冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)最小(16.45 N);根系抗拔力与根径、根数、根长间呈显著正相关(P<0.05),相关系数(R)为0.881,0.727,0.969,与土体密度、紧实度、含根量、根-土复合体黏聚力间呈正相关,与含水率呈负相关。研究结果对探讨黄河源区高寒草地退化力学机理具有理论指导作用,为有效防治区内草地退化、水土流失等地表浅层灾害发生提供理论依据和实际指导。

黄河源区不同禁牧年限对垂穗披碱草单根及其根-土复合体力学强度特征的影响

为研究黄河源区不同禁牧年限高寒草地植物根系力学特性及根系增强土体抗剪强度贡献特征,本研究以黄河源区河南县地区未禁牧、1 a禁牧、4 a禁牧、10 a禁牧4种工况下的高寒草地植物垂穗披碱草为研究对象,在野外调查、取样及室内单根拉伸试验和根-土复合体直剪试验的基础上,探讨了垂穗披碱草在不同禁牧年限下,单根抗拉力和根-土复合体抗剪强度指标变化特征及其影响因素。结果表明:1~4 a短期禁牧增加了垂穗披碱草生长量指标,而10 a长期禁牧其生长量指标则呈降低的变化特征。随着禁牧年限增加,垂穗披碱草单根抗拉力呈先增大后降低的变化规律,1和4 a禁牧单根抗拉力较未禁牧增幅分别为15.9%、14.8%;垂穗披碱草单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力均呈降低趋势,其中10 a禁牧垂穗披碱草单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力相对于未禁牧降低幅度最大,分别为57.3%、63.5%。进一步研究表明,根-土复合体黏聚力c值与根径、土体密度之间呈显著正相关关系,与含水率之间则呈显著负相关关系,且黏聚力c值随含根量的增加呈先增大后减小的变化规律。研究结果可为高寒地区开展草地退化、水土流失等灾害的有效防治提供理论支撑和实际指导。

不同植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度的影响

[目的]探讨不同草本植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度特征的影响,为进一步开展高寒干旱和半干旱地区,有效防治因降雨诱发水土流失、浅层滑坡等地质灾害,提供理论依据和实际指导。[方法]在西宁盆地长岭沟流域自建试验区,选取垂穗披碱草(Elymus nutans)、老芒麦(Elymus sibiricus)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum)3种优势草本植物为试验供试种,开展原位人工模拟降雨试验与室内直剪试验,分析了模拟降雨条件下6种不同类型植物边坡坡面产流产沙及根—土复合体抗剪强度特征。[结果]在模拟降雨条件下,草本植物能显著抑制坡面产流产沙,阶梯形边坡相对直形边坡能显著降低坡面产流产沙,且随着草本生长期增加坡面产流产沙显著降低,生长期为2 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡坡面累积产沙量较垂穂披碱草直形边坡降幅为79.68%,生长期为1 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡平均产沙率较阶梯形未种植裸坡降低幅度最大为86.27%,表明种植垂穂披碱草阶梯形边坡有效抑制坡面的产流能力相对显著;进一步研究表明,降雨使边坡土体平均含水率增大,导致边坡浅层土体黏聚力降低;与直形边坡相比较,模拟降雨后阶梯形边坡黏聚力c值降低幅度较小,其中种植垂穂披碱草阶梯形边坡较降雨前降低幅度为19.25%,表明垂穂披碱草阶梯形边坡其增强边坡土体强度效果相对最显著。[结论]垂穗披碱草阶梯形边坡表现出相对更显著的抑制边坡水土流失和提高边坡浅层土体抗剪强度,起到增强边坡土体稳定性的作用。

油菜机械直播同步分层施肥对根系构型和抗倒伏能力影响

为探明油菜精量联合直播同步分层施肥机械作业条件下,深浅层施肥比例对油菜根系生长、植株抗倒伏能力和产量等农艺性状的影响,该研究选用“华油杂62”油菜品种作为供试作物,在施肥量600 kg/hm^(2)条件下,以10 cm定位侧深施肥CK1和机械旋耕浅层混施CK2作为对照,设置机械旋耕浅层混施-定位侧深施肥量分层比例为1∶3(FL)、1∶1(FM)和3∶1(FH)3个施肥处理,于2020年和2021年在长江中游冬油菜区开展田间试验,研究不同分层施肥处理对油菜根系分布、耕层土壤坚实度变化、倒伏指数和产量的影响。结果表明,分层深施处理能显著(P<0.05)改善油菜根系构型并促进根系下移,平均根表面积、根体积、根干质量和主根长分别是CK1处理的1.58、1.47、1.29和1.16倍,是CK2处理的3.63、2.79、1.46和1.28倍,且土壤坚实度相较于CK1和CK2处理平均分别降低4.91%和15.25%。不同分层施肥处理的油菜主根长、根表面积、根体积和根干质量在处理间从大到小依次均为:FM、FH、FL;FH处理植株的根茎粗、倒伏角度、抗折力分别是FM处理的1.11、1.25和1.31倍,倒伏指数相较于FM处理平均降低了26.90%,但植株田间倒伏角度比FM处理增加了25.14%。分层深施肥处理的产量、单株分枝数、角果数和千粒质量均显著(P<0.05)大于定位深施和机械混施处理,其中FM处理平均产量与FL、FH、CK1和CK2相比,分别提高9.85%、16.35%、26.88%和37.75%。综合考虑不同施肥处理下冬油菜根系分布、土壤坚实度、倒伏指数和籽粒产量,分层深施肥处理中FM处理为田间机械化直播冬油菜实现高产且抗倒伏的较优施肥方式,研究为提升油菜机械直播农机农艺融合和肥料运筹策略提供了理论依据和技术支撑。

根-土复合体的胀缩变形及干湿循环后的力学特性研究

【目的】边坡生态防护具有自然生态修复和固土作用,经济效益斐然。为了研究干湿循环作用下植物根系对红黏土的加固机理和生态防护在红黏土分布区的适用性。【方法】以贵州省贵阳市红黏土为研究对象,采用膨胀试验和收缩变形试验,探究根-土复合体在不同初始含水率下的胀缩性能,并采用固结快剪试验,测定干湿循环作用下不同循环幅度和不同初始含水率时根-土复合体的抗剪强度参数,从而分析干湿循环作用下根系的掺入对红黏土强度变化的影响。【结果】研究结果显示:(1)所测红黏土的自由膨胀率为58.0%,属弱膨胀土。膨胀率和线缩率分别随初始含水率的增加而减小和增加,根系的掺入能够有效抑制土体的胀缩变形,抑制强弱与根系含量和土体含水率有关。(2)当循环幅度分别为10%、20%和30%,且初始含水率和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前呈现先增大后减小的趋势。(3)当初始含水率分别为40%、50%和60%,且循环幅度和根系掺量一定时,根-土复合体的抗剪强度较5次循环前总体上随初始含水率的增加而减小。【结论】根系的掺入能够有效抑制干湿循环作用下红黏土抗剪强度的衰减。研究成果将进一步加深对红黏土力学特性和边坡生态防护的认识。