蔷薇属植物类根体和类原球茎发生发育的影响因子

【目的】以多种蔷薇属植物的叶片为外植体,研究影响类根体和类原球茎发生发育的影响因子,为进一步揭示类根体和类原球茎发生发育的机理及蔷薇属植物分子育种奠定基础。【方法】在MS基本培养基上,通过改变植物生长调节剂种类、浓度、培养条件和类根体与愈伤组织的完整性来观察并统计类根体和类原球茎发生发育情况。【结果】类根体的发生受生长素类调控,3种不同结构类型的生长素类物质诱导的类根体在数量和质量存在差异,其中2,4-D对类根体的诱导效应最明显,IBA次之,NAA最差,细胞分裂素不能诱导类根体的形成;形成高质量的类根体暗培养和是必需条件,与光暗培养差异极显著,类根体的发生率和每个外植体类根体数存在差异;相反,类根体发育成类原球茎必需有光照的参与,暗培养的类根体不能变绿、膨大并最终发育成类原球茎,TDZ和光照在类根体发育成类原球茎的过程中具有协同作用;被从顶部截去1/3长度的类根体仍然可以变绿并发育为类原球茎;相反,将类根体从愈伤组织直接剪下,无论直插还是平放,类根体都不能变绿发育成类原球茎,而是逐渐变褐死亡。【结论】生长素类物质控制类根体的发生具有普遍性,但形成的类根体在数量和质量上存在差异;光照抑制类根体的发生但可以促进类原球茎的产生,光照和TDZ在类根体发育成类原球茎过程中具有协同作用;类根体先端不是形成类原球茎的必需条件而下部组织的完整性是必不可少的。

人参锈腐病参根体内若干生物化学变化

对人参锈腐病[Cylindrocarpon destructans(Zinss)Scholten)的病根组织和健根组织进行了多种有机物的分析。结果表明,在病根中人参总皂甙、淀粉、总糖和6种氨基酸的含量减少。但脂肪酸、木质素、还原糖和10种氨基酸的含量比健参根增加。

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。

紫穗槐根土复合体特征对黄土边坡稳定性的影响

[目的]研究含水率、含根量及根系布置方式对根土复合体抗剪强度影响,揭示紫穗槐根系对黄土边坡加固机理,为黄土边坡生态防护及提高坡面稳定性工程实践提供科学参考。[方法]利用ZJ型应变控制式直剪仪进行紫穗槐根土复合体剪切试验,以无根系土为对照,分析不同含水率、含根量和布根方式对抗剪强度影响;应用FLAC 3D软件模拟紫穗槐根系分布方式对黄土边坡稳定性影响。[结果](1)随着含水率增加,抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角均降低。(2)随着含根量增加,抗剪强度在不同含水率条件下表现出不同规律。当含水率为9.31%时,抗剪强度随着根面积比(RAR)增加呈先增加后减小的趋势,在RAR为0.15%时,抗剪强度达到最大值;当含水率为15.65%和17.44%时,抗剪强度随着RAR增加而增加。(3)“卄”形布根方式能显著提高根土复合体抗剪强度,当含水率为17.44%时,卄形布根与无根土相比,平均抗剪强度增加31.81 kPa。(4)数值模拟结果表明,根系长度、主根与铅垂方向的夹角均与稳定性呈正相关关系。[结论]通过室内试验和数值模拟研究表明,紫穗槐能较好提高黄土边坡稳定性,紫穗槐交错种植,防护效果更佳。

根土复合体抗剪特性变化特征及强度预估研究

根土复合体剪切特性受含根量与压实度的影响,为探究二者对根土复合体抗剪特性的影响程度,以黑麦草根土复合体重塑试样为研究对象,进行了不同含根量(0%、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%)与不同压实度(85%、90%、95%)的根土复合体三轴压缩试验,分析了15%应变对应的极限主应力差与抗剪强度指标的变化规律,建立了抗剪强度计算公式。结果发现:①在相同围压下,根土复合体的极限主应力差相比于素土增加了6~79.9kPa,增幅为6.8%~65.5%。②压实度相同时,随着含根量的增加,根土复合体极限主应力差先增加后减小,压实度为85%、90%、95%时在含根量为0.3%、0.3%、0.45%时极限主应力差最大,即为最优含根量。③基于试验结果,建立了同时考虑含根量、压实度和围压的根土复合体抗剪强度计算公式,公式的拟合精度(R2)为0.943。采用原状土根土复合体试样对公式进行验证,发现公式的预测精度(R2)为0.96。研究结果为黑麦草根系固土提供理论依据。

根土复合体力学效应及其模型构建研究进展与展望

[目的]为探究根土复合体的力学效应机理及模型方法应用。[方法]采用文献分析和对比分析法,归纳分析根土复合体概念和内涵、根土复合体力学效应及力学模型原理、优缺点以及适用范围。[结果](1)根土复合体是根系与土体之间力学耦合效应的复合整体,根系在土体中交叉缠绕,起到加固作用;(2)根系与土体力学关系实质上是根土复合体土力、水力和复合力学特性作用的结果,土力特性、水力特性分别侧重研究根系对土体的影响和土中水分对土体和根系的影响,复合力学特性侧重于根土复合体自身特性对植物根系特征以及结构的直接影响,从而通过三者作用使根系与土体的力学关系处于动态平衡之中;(3)根土复合体复合力学模型研究较土力和水力学模型略少,土力学和水力学模型都是根据量化参数,通过参数间对比来衡量固土效果,但复合力学特性同时涉及土力特性和水力特性,考虑全面,应是未来研究的重点方向。[结论]未来在开展冻融循环、干湿交替、干热循环对不同地区根系与土体相互作用的影响、多类型植物混种抗剪强度、化学作用和微生物作用对土水特性影响机理及复合模型构建等方面有待深入研究。研究结果可为生态脆弱区植被恢复、水土保持和可持续发展等提供重要的理论价值和工程借鉴意义。

基于微结构量化的枣园根土复合体各向异性试验

为确定南疆枣园切根抚育作业工艺,测定了枣园土壤含水率、坚实度、孔隙度、容重、粒径分布等物理参数,统计了枣园待切根区的根系聚集深度、土壤含根量等,确定了切根区位置为距树干750 mm和切根作业深度应在0~200 mm范围内可调的农业技术要求。研究结果表明,根土复合体具有各向异性,取样角θ为0°、45°、90°时,根土复合体抗剪强度T关系为T0°45°90°。为分析根土复合体产生各向异性现象的原因,采用扫描电镜(SEM)获取了根土复合体在不同取样方向上的微观结构图像,通过PCAS软件处理并获取了根土复合体微观结构参数。将根土复合体的宏观图像、微观图像、微观结构参数、抗剪强度参数结合,定性和定量分析了根土复合体产生各向异性的原因及规律,得到微观结构参数与抗剪切强度相关性由强到弱依次为孔隙概率熵、孔隙形态分维数、颗粒形状系数、孔隙形状系数、颗粒概率熵、颗粒形态分维数。根据研究结果提出根土复合体抗剪强度测定时,环刀应垂直于耕作过程产生的实际剪切发生面方向取样。本研究可为枣园切根抚育机具设计和研发提供理论依据,为土壤耕作类部件优化设计、耕作类部件与土壤相互作用关系等研究提供参考。

基于现场原型测试的毛竹根土复合体力学性能研究

毛竹在闽东南丘陵山地广泛分布,为了研究闽东南特色植被毛竹的根土复合体抗拔与抗剪性能及其对斜坡稳定性的影响,在福州市永泰县岭路乡庄边村滑坡区,使用自行研发的专利仪器对不同直径的毛竹进行原位整株拉拔试验与原位剪切试验;使用万能试验机对现场根土复合体中不同直径根系进行单根拉拔试验。结果表明:在抗拉性能上,毛竹的直径大小会影响到毛竹整株拉拔的强度,随着直径增大其极限整株抗拉强度与抗剪强度均提升,毛竹竹鞭与丝根具有有效抗拔作用;毛竹单根根系的直径与极限抗拉力呈线性正相关,与抗拉强度呈负相关;在抗剪性能上,毛竹直径与根土复合体抗剪强度呈正相关。研究成果对分析毛竹根土复合体力学性能,揭示竹林斜坡成灾机制,提高植被护坡效益具有重要的理论及实际意义。

根-土复合体岸坡渗流及稳定数值模拟

植物护岸中根系力学效应可显著提高岸坡浅层稳定性,但对降雨和水位变化等条件下,根系水力效应与力学效应之间相对关系变化对岸坡浅层稳定性影响的研究较少。采用数值分析方法模拟了岸坡根-土复合体从非饱和到饱和(降雨工况和水位上升工况)、从饱和到非饱和(水位下降工况)过程中根-土复合体水力效应对岸坡渗流场的影响,进一步分析了不同水力特性条件下根-土复合体对岸坡浅层稳定性的影响。模拟计算结果表明:(1)在设定的3种降雨强度下,根-土复合体的优先流入渗作用与降雨强度和降雨时间均呈正相关,而排水作用与降雨强度和降雨时间均呈负相关。在长历时的小降雨或短历时的强降雨情况下,由于降雨影响深度增大,根-土复合体水力效应带来的消极影响占主导地位。(2)在水位下降工况下,根-土复合体排水作用有滞后性,力学效应仍占主导地位;在水位上升工况下,根-土复合体增渗作用随水位上升速率增加而增强,根-土复合体的力学效应逐渐被水力效应所掩盖。研究结果对植物护岸工程应用具有借鉴意义,即使采用植物生态护岸,也应加强坡面排水和坡体排水措施。

灌木根系形态对土体强度影响的大型直剪试验研究

根系形态显著影响根土复合体强度,然而现有研究局限于草本根系根土复合体和室内常规直剪试验。为探究多年生灌木根系形态及空间分布对固土效果的影响,采用大型直剪试验装置(直径400 mm),对原状根土复合体进行了剪切试验。试验中测量了根系形态参数(根面积比RAR、根长密度、根体积密度和根表面积密度)、根土复合体抗剪强度和剪胀特性,探讨了根系沿深度的分布特征、根土复合体剪胀性以及根系形态参数与根土复合体抗剪强度的相关关系。结果表明,根系加剧了根土复合体的剪胀;在4个根系形态参数中,剪切带上的RAR和根表面积密度与根系对剪切强度的贡献之间相关性较好;Wu模型能反映根系固土的本质,却存在强度被高估或低估的问题。研究成果有助于推动植物根系在固土领域的应用。

白木香离体根响应铜胁迫的转录组分析

为探究铜胁迫下白木香离体根分子响应机制,本研究对胁迫前和胁迫后的白木香离体根材料进行转录组测序(RNA-Seq)比较分析。结果表明,两组间共获得56467条Unigenes,与四大公共数据库(Nr、Swissprot、KOG、KEGG)作同源比对,注释到29037条Unigenes,其中在Nr数据库中获得注释的Unigene数量最多。以FDR<0.05且|log_(2)(FC)|>1为条件,共筛选得到18704个DEGs,其中7794个DEGs上调表达,10910个DEGs下调表达。KEGG通路分析表明,这些DEGs主要通过调节糖酵解/糖异生、脯氨酸代谢、苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成等途径来响应铜胁迫。

经单侧横突-椎弓根入路经皮椎体成形术治疗老年腰椎骨质疏松性椎体压缩骨折的疗效观察

目的探讨经单侧横突-椎弓根(unilateral transverse process-pedicular,UTPP)入路经皮椎体成形术(percutaneous vertebroplasty,PVP)治疗老年骨质疏松性椎体压缩骨折(osteoporotic vertebral compression fracture,OVCF)的临床特点。方法收集2020年1月至2022年1月于邯郸市中心医院骨五科行经单侧椎弓根(unilateral transpedicular,UTP)及UTPP入路PVP治疗老年腰椎OVCF患者共133例。记录两组的研究术后VAS评分(visual analogue scale,VAS)、ODI评分(Oswestry disability index,ODI)、手术时间、骨水泥注入量、骨水泥分布特点、骨水泥分布优秀率、骨水泥渗漏率、椎体前缘高度和Cobb角等指标。结果完整随访患者124例至术后12个月。两组患者的术后1 d、6个月、12个月的VAS评分、ODI评分均较术前降低,与术前比较差异有统计学意义(P<0.05)。两组患者手术时间比较,差异无统计学意义(P>0.05);UTPP组骨水泥注入量大于UTP组,骨水泥分布优秀率高于UTP组,骨水泥渗漏率低于UTP组,差异有统计学意义(P<0.05)。两组术后1 d的椎体前缘高度和Cobb角比较,差异无统计学意义(P>0.05)。结论经单侧横突-椎弓根入路较经椎弓根入路PVP骨水泥弥散充分,骨水泥渗漏率低,止疼效果好,可实现患者早期下地、提高患者生活质量。

木纤维重构红壤下根系特征对根土复合体抗剪特性的影响

红壤黏性重、水分变化大、抗剪性能较低,通过根系特征参数研究草本植物根土复合体的力学特性具有一定意义。为探明不同质量分数(0、0.5%、2.5%和5.0%)木纤维重构红壤下,根系特征对草本植物根土复合体抗剪特性的影响机理,该研究通过直剪试验测定白三叶和黑麦草根土复合体的抗剪强度,并采用WinRHIZO根系分析系统测定根表面积指数、根系体积比、根系长度、地下生物量4个根系特征参数,并进一步揭示其对抗剪强度影响机理及规律。结果表明:适量的木纤维添加有利于须根系草本植物的生长,木纤维质量分数较低时,黑麦草的根系特征参数值高于白三叶3~5倍,木纤维质量分数较高时,黑麦草和白三叶的根系长度分别为456.27和438.35 cm,地下生物量分别为0.410和0.150 mg;随根系特征参数增加黑麦草根土复合体的抗剪强度增幅大于白三叶根土复合体,增幅范围分别为26.55%~47.20%、26.21%~35.07%,但存在一定的变化阈值。采用摩尔-库伦模型对根土复合体的抗剪特性参数的模拟效果较好,根系特征参数达到变化阈值时,黏聚力变化差异明显,对内摩擦角影响较小。该研究对深入研究红壤区的边坡防护、植被恢复和土地整治等具有重要的理论和工程实践价值。

植物根土复合体抗剪强度及影响边坡稳定性研究现状分析

为分析边坡上植物对边坡稳定性的影响的国内外研究现状,对植物根系力学性能、根-土复合体抗剪强度和影响边坡稳定性等方面的国内外文献进行综述。现有文献探讨了植物根系的力学特性、植物根-土复合体抗剪强度特性,系统地阐述了植物根系对提升边坡稳定性的积极作用。但当前生态护坡工程的多种草本植物、草本和木本多种植物种植模式下,量化多种混播植物根系对边坡稳定性的提升作用,以及基于植物固坡与生态重构协同的边坡防护设计施工技术等方面仍有待进一步深入研究。

基于混合物法则根土复合体本构模型的研究

为探究根土复合体的应力-应变关系,将其视为两相体,根系采用线弹性模型,土体采用邓肯-张模型,并考虑根系与土体之间的相对滑移关系,基于混合物法则建立根土复合体本构模型。通过素土与不同含根量的根土复合体三轴压缩试验,得到其应力-应变关系,通过单根拉伸试验得到根系的弹性模量。结果发现,(1)根土复合体的极限主应力差随含根量的增加先增加后减小,含根量0.3%为最优含根量。(2)单根的直径与抗拉力、抗拉强度符合幂函数关系,与弹性模量符合多项式关系。(3)通过反分析的方法,建立滑移关系,得到模型计算值的应力-应变关系,发现模型计算值与试验值的拟合度(R^(2))为0.96。该研究为根土复合体本构模型的建立提供新思路,并为根土复合体的数值分析提供参数。

乔木根径、含量和分布类型对根土复合体饱和渗透系数的影响

植物根系对土体的水力特性具有重要影响,但关于乔木根系对土体饱和渗透系数的定量研究缺乏。利用自制渗透实验箱,采用定水头实验方法,针对重塑根土复合体开展不同根径(1 mm≤d≤3mm、3 mm<d≤5 mm和5 mm<d≤8 mm)及含量(根体积含量0.4%~2.4%)和根的分布类型(水平和竖直)对其饱和渗透系数影响的定量研究。结果表明,相同根径条件下,根土复合体的饱和渗透系数与根体积含量呈线性正相关关系,但随着根径的增加,该线性关系斜率不断降低;根土复合体饱和渗透系数与根表面积含量也存在显著的线性正相关关系,方差分析表明,该线性关系不受根径的影响;确定了根的不同分布类型(水平和竖直)下根表面积含量与其饱和渗透系数之间的线性关系;此外,研究发现,根竖直向分布时的根土复合体饱和渗透系数随根表面积含量的变化率是水平分布的1.8倍左右。研究结果表明,根的存在可以显著提高土体的饱和渗透系数,且根土的表面接触是影响其水力特性的根本原因。

根-土复合体抗剪强度影响因素研究

为比较根-土复合体组分及法向应力对其抗剪强度的影响程度,选取四川省喜德县冕山镇坡面(安宁河流域砾砂区)云南松根-土复合体和素土作为研究对象,通过室内直剪试验获得其抗剪强度,烘干试验获得各组分质量,利用根-土复合体的干土质量、水质量和干根质量进行Pearson相关分析,构建回归分析模型计算根-土复合体各组分质量与抗剪强度的标准化回归系数。结果表明:根-土复合体的干土质量与干根质量间存在显著负相关关系(P=0.002<0.01,r=-0.792),根-土复合体中水质量与干土质量和干根质量之间均无显著相关关系(P>0.05);云南松根-土复合体中干土质量、干根质量和水的质量与抗剪强度的标准化回归系数分别为0.06、0.03和0.03,表明干土质量对根-土复合体抗剪强度的影响程度较水的质量和干根质量的影响程度大;与素土的内摩擦角和黏聚力相比,云南松根-土复合体的内摩擦角增加了1.31%~1.97%,黏聚力增加了16.71%~34.74%。

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。

北川县典型林分根-土复合体抗剪强度

[目的]探讨不同林分根—土复合体的抗剪强度特征和其差异性,为更好地解决当地的水土流失问题提供理论依据。[方法]以四川省北川县为研究区,对当地几种典型林分的原状根—土复合体进行直剪试验,测量其抗剪强度、土壤性质及根系特性等相关指标,并利用主成分法进行抗剪强度影响因素的分析。[结果](1)不同林分根—土复合体抗剪强度差异明显。30年辛夷林(XY)抗剪强度最大,斑竹林(BZ)抗剪强度次之,5年柳杉林抗剪强度最小;(2)植物根系固土效果显著,根—土复合体的抗剪强度较素土增加值为0.13~0.99 kPa,平均增幅为350.0%;同时,根—土复合体的峰值点位移、软化段长度、残余剪切强度均得到增强,平均增幅分别为75.0%,66.7%,262.5%;不同林分类型根—土复合体的能量消耗总值出现不同程度的差异,但与其抗剪强度的大小变化基本保持一致;(3)通过主成分分析法对抗剪强度影响因素进行综合分析得出,除土壤容重与5~8 mm根系的干湿重外,其余指标均与之密切相关。[结论]植物根系可以很好地发挥固土效果,不同林分之间根—土复合体抗剪强度差异明显。

黄河上游夏藏滩巨型滑坡区根-土复合体理化与强度特性

为研究黄河上游夏藏滩巨型滑坡分布区土体理化性质及力学强度特征,本研究通过在该滑坡体不同位置制取植物及土体试样,测定各采样点植物生长量指标、土体密度、含水率、含根量、抗剪强度指标以及营养元素含量等指标;在此基础上,通过采用Spearman相关性分析方法,探讨了该滑坡体不同位置植被类型、土体理化性质以及根-土复合体抗剪强度特征。结果表明:植物种类随海拔高度降低表现出增加趋势,其中优势草本植物为异针茅(Stipa aliena)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)、沙蒿(Artemisia desertorum)等3种;滑坡分布区土体pH值呈中性至碱性,有机质、全氮、全磷等3种营养元素含量在滑坡体后缘位置变化幅度相对较大,全钾、碱解氮等其余4种营养元素变化幅度较大但未表现出明显变化规律;土体含水率随海拔高度降低呈先增加后降低,土体密度呈增加的变化趋势,即随海拔降低增加幅度分别为7.05%和5.88%;根-土复合体粘聚力c值与含根量均表现出随海拔高度降低呈先增加后降低的变化趋势;此外,通过采用Spearman相关性分析得到,根-土复合体粘聚力c值与海拔高度之间呈负相关关系,而与含根量、有机质、含水率之间则呈正相关关系。研究结果对防治黄河上游龙羊峡至积石峡流域两岸边坡水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象具有实际指导意义。