微根窗技术在独角金内酯增加青海草地早熟禾根系深度研究中的应用

植物根系的深度与其抗逆性和生产性能有着显著的正相关性,且独角金内酯在调控植物根系生长方面发挥着重要作用。因此,本研究利用微根窗技术原位观测了独角金内酯(GR24)处理下青海草地早熟禾根系深度的变化。结果表明,GR24可显著促进青海草地早熟禾的根系深度、总根长和单根伸长速率。本研究可为青海草地早熟禾利用独角金内酯栽培改良其根系深度提供科学依据和理论基础。

基于同位素的神东矿区植物吸水深度及生态水位研究

为了研究神东矿区煤炭开采造成的地下水位下降是否会对地表植被的生存产生威胁,以神东矿区分布最广泛的植物沙蒿为研究对象,采用水稳定同位素示踪技术研究神东矿区成年沙蒿的根系吸水深度,通过MixSIAR同位素混合模型分析成年沙蒿的土壤水分吸收策略。结果显示,研究区成年沙蒿的吸水的极限深度为2.5~3 m,沙蒿会较均匀的吸收不同深度的土壤水分,但其水分利用策略也会受到土壤含水率高低的影响。该研究揭示了研究区成年沙蒿的根系吸水深度和水分利用策略,从植物角度说明了该区域生态水位的下限是2.5~3 m。

根系深度对旱后复水玉米补偿性生长的影响

基于根系诱导的细胞分裂素对玉米生长的影响,本研究探讨了根系深度与旱后复水玉米(Zea mays)补偿性生长的关系。以苗期玉米为试验材料,从4月20日—6月3日,设置充分供水、充分供水且断根、旱后复水、旱后复水且断根4个处理。在玉米干旱胁迫结束时,即出苗后第28天对其进行断根处理,用薄背刀在盆纵向的中间位置水平横切,使根系完全断为两半以得到浅根系。结果表明:与充分供水相比,干旱抑制玉米生长,使其地上生物量、根系生物量与总生物量大幅下降;未断根条件下,复水后,根系能感知水分刺激产生细胞分裂素,且细胞分裂素会经由伤流液转运至玉米叶片;叶片中细胞分裂素含量水平的增加能促进其净光合速率的提高,并可使玉米地上生物量、根系生物量与总生物量增加,进而促进玉米复水后的较快生长;而断根条件下,深根被去除,复水后,浅根虽能感受水分刺激,但并不能产生大量细胞分裂素,进而导致叶片中细胞分裂素含量不能明显升高,净光合速率也不能明显增加,各部分生物量增加亦不明显,玉米不能够快速生长。总之,根系诱导的叶片细胞分裂素是旱后复水玉米补偿性生长的核心因素;而断根使得深根大量丧失,复水后玉米浅根系不易产生细胞分裂素,从而不能引起补偿性生长,即深根对玉米的旱后复水玉米补偿性生长起着关键性作用。

限根栽培中根系垂直深度和土壤质地对苹果树体发育的影响

采用根窖模拟,研究根系垂直深度和土壤质地对红富士/平邑甜茶苹果地上、地下部生长发育的影响。结果表明,垂直深度和土壤质地对树体根系和地上部生长发育均有较大影响,随垂直深度的增加总根重、吸收根重、生长根重、花芽数和花芽重呈逐渐增加趋势。相对于粘土而言,壤土更有利于树体发育。

植被根系不同加固深度下边坡抗滑稳定性研究

植被根系对边坡加固范围将随着时间的增长而变化。本文首先基于ANSYS中D-P准则屈服面为外接圆的事实,通过参数转化实现以内接圆为屈服面的弹塑性计算,既而通过ANSYS有限元软件,采用内接圆为屈服面对某边坡进行弹塑性分析,并基于强度折减法探究植被根系在不同加固深度下该边坡抗滑安全系数及边坡塑性区发育规律。研究表明,随着加固深度的增加,安全系数不断增大,两者具有良好的线性关系,说明随着时间的增长该边坡抗滑安全稳定将有所提高;边坡失稳时对应的塑性应变量值及塑性区发育深度随着加固深度的增加而增加,说明边坡失稳时对应的滑动方量将有所增加。

基于Hydrus-1D模型的玉米根系吸水影响因素分析

为探索土壤质地、植物生长状况和气象条件对不同土壤水分条件下根系吸水速率的影响机理,该文以相对根吸水速率与土壤含水率的关系衡量土壤水分有效性,利用Hydrus-1D模型模拟了3种土壤(壤黏土、黏壤土和砂壤土)中不同玉米生长状况(包括叶面积指数、根系深度和根系剖面分布)或蒸发力条件下根系吸水速率随含水率的动态变化,确定了不同条件下根系吸水速率开始降低的临界含水率。结果表明:土壤质地、植物的叶面积指数和根系分布及大气蒸发力都对根系吸水动态曲线的临界含水率有一定影响,其中根系深度和根系分布形状还影响根系吸水速率与含水率关系曲线的形状,但在3种土壤中,根系吸水速率的动态变化对植物生长和大气蒸发力的响应不同。总体而言,3种土壤临界含水率的大小是壤黏土>黏壤土>砂壤土;临界含水率随大气蒸发力的升高而升高,随根系深度和深层根系分布的增加而降低;各因子对玉米根系吸水影响程度的大小是土壤质地>根系分布形状>根系深度>大气蒸发力>叶面积指数。

宁南旱区苜蓿草地土壤水分和根系动态分布拟合曲线特征

试验以宁南旱区3、4、6、7、10、12年生紫花苜蓿草地为研究对象,利用空间替代时间的方法,分别对紫花苜蓿的生长年限与土壤水分、根系深度和土壤干层厚度之间关系作出拟合曲线方程,以揭示土壤水分、根系和土壤干层随苜蓿生长年限变化的动态规律。结果表明:不同生长年限苜蓿土壤剖面含水率分布与土壤深度之间均呈二次曲线函数关系,且随生长年限变化,各函数曲线图呈有规律动态分布;苜蓿生长前10年,根系深度和土壤干层厚度分别以35.33 cm/年和91.43 cm/年的速度增加,10年后,苜蓿生长衰败,土壤干层厚度以20.77 cm/年的速度减小,干层形成速度是消退速度的4.40倍,因而苜蓿草地土壤干层一旦形成则很难恢复;第6年和第10年是苜蓿生长的两个关键年份,耗水高峰期大约在第6年,发生衰退期在第10年。建议苜蓿适宜利用年限约为6年,最迟不能超过10年。

植物根系吸水对边坡稳定性的影响

植物蒸腾作用导致根系吸水对边坡稳定性起着至关重要的作用。为了量化根系吸水的影响效果,采用有限元方法模拟了均布形、三角形、指数形、抛物线形4种植物根系的吸水作用,同时分析了根系形态、深度对于孔隙水压力分布的影响,并对边坡稳定性进行了定量计算。研究结果表明:随着根系吸水的不断进行,浅层孔隙水压力逐渐减小,基质吸力增大,非饱和土体剪切强度增加,边坡安全性逐渐提高;4种形态植物根系的孔隙水压力及安全系数比的包络线与根系分布形函数基本相同;指数形根系的地表孔隙水压力最小,安全系数比最大,对于边坡加固效果最明显;在根系总量一定时,植物根系深度越大,其影响范围(深度)相应增大,而对于地表根系土剪切强度增量的作用越小,相应边坡安全系数增量也越小。

草种差异、施肥及修剪对冷季型草坪根系影响

用正交法进行田间试验,研究了施肥、修剪、和草种差异对冷季型草坪草根系深度影响。结果表明:在乌鲁木齐这样的干旱区城市,根系深,抗旱力强的草种适于本地生长。草种和修剪频度差异对草坪丰富根系深度影响显著,草种对最大根系深度影响差异极显著。在草坪管理中,选用深根性草种,修剪频度两周1次,有利于草坪丰富根系深度和最大根系深度增加,提高草坪生长质量,提高抗旱力。冷季型草坪草种(品种)对于草坪最大根系深度影响差异显著。以最大根系深度比较,紫羊茅根系最浅,耐旱能力差;高羊茅根系最深,耐旱好;早熟禾草和黑麦草的耐旱能力居中。

油松根系直径对根--土界面摩擦性能的影响

植物根系与土壤界面的摩擦特性对于斜坡的稳定性是一个重要因素。为研究林木根系直径变化对植物根系固土性能的影响,通过对油松单根施加拔出载荷进行室内直接拉拔实验,分析了油松根系直径变化对根--土界面摩擦性能的影响。实验表明,根系--土壤最大摩擦力与根系直径存在明显的线性正相关关系,通过建立单根简化模型对根土间的摩擦情况进行分析,证明与实验结论一致;同时,实验与模型分析得出根土摩擦力与根系的埋置深度也存在线性正相关关系;另外,对影响根系初始拔出载荷的因子进行分析,表明其大小也与根系直径和根系埋置深度呈正相关关系。研究了根系直径生长变化对根--土复合体稳定性的影响机理,对建立边坡稳定模型具有重要参考价值。

深根系休闲作物对减少N流失的影响

为鉴定减少N下渗损失的套种休闲作物的种类,研究深根系情况和土壤硝态氮含量的变化,在5a时间内研究了16个植物种类。结果表明,大麦生长期间,休闲作物根系生长差异很小,收获后到秋季,根系生长差异显著,黑麦草在0.8m以下几乎没有根系,大部分种类在0.8~1.6m的深度表现较高的根系密度,板蓝根和蓝蓟甚至在1.6~2.4m之间也有较高的根系密度。根系生长的差异与深层土壤氮的降低具有显著的相关性。板蓝根降低0~2.5m土层内硝态氮含量是最有效的,种植板蓝根的地块土壤硝态氮含量达到15kg/hm^2,黑麦草地块是53kg/hm^2,没有休闲作物地块是62kg/hm^2,这个差异大部分由于1m以下的部分。豆科作物吸收的N比其他种类多,也比其他种类产生的生物量多,然而4个豆科作物没有一个处于深根系种类之中,他们处于最浅的根系种类之中,和黑麦草差不多。

浑善达克沙地三种生境中不同植物的水分生理生态特征

对浑善达克沙地固定沙丘、丘间低地和湿地 3种生境中 83种植物的叶片渗透势 (Ψs)和含水量 (L WC)进行了对比研究 ,结果表明 :各生境下植物Ψs之间差异显著 (P<0 .0 1 )。固定沙丘的小叶锦鸡儿 (Caragana microphylla)Ψs最低 ,为 - 6 .5 4 MPa;湿地的湿车前 (Plantago cornuti)最高 ,为 - 0 .6 3MPa。 4 3%的植物 Ψs变化于 - 1 .0 0至 - 1 .99MPa之间 ,33%的植物变化范围为 - 2 .0 0至 - 2 .99MPa。 L WC变化也很大 ,小叶锦鸡儿最低 ,为 2 6 % ;而碱蓬 (Suaeda glauca)和钝叶瓦松 (Orostachysmalacophyllus)的则很高 ,分别为 98%和 97%。统计表明 ,85 %植物 L WC变化于 6 0 %至 89%之间。就生活型而言 ,灌木 Ψs最低 ,乔木次之 ,草本植物最高。在不同生境中 ,植物Ψs随生境土壤水势 (Ψsoil)升高而增加 ,其中乔木和灌木Ψs变化趋势为 :固定沙丘 <丘间低地 (P<0 .0 1 ) ;草本植物为 :固定沙丘 <丘间低地 <湿地 (P<0 .0 1 )。叶片含水量随生活型及生境的变化与渗透势相似。植物叶片渗透势与根系分布深度呈极显著负相关 (P<0 .0 0 1 ) ,而叶片渗透势与含水量呈显著正相关 (P<0 .0 1 )。

基于叶片水势的内蒙古典型草原植物水分适应特征研究

水分是限制草原生态系统植物生存、繁殖和扩散最重要的生态因子,植物通过多样的水分适应策略适应干旱环境。为了解典型草原植物水势特征及其影响因素,在2017年和2018年的生长季对内蒙古典型草原71种植物的叶片黎明水势、午后水势、叶片和根系功能性状进行了测定与分析。结果表明:测定的71种植物叶片的黎明水势分布于-2.67--0.63 MPa,午后水势分布于-4.67--1.01 MPa;一年生植物的叶片具有最高的黎明水势、午后水势和最小的水势日差值(叶片的黎明水势与午后水势的差值),多年生禾草的叶片具有最低的黎明水势、午后水势和最大的水势日差值;71种植物对水分的适应策略可分为高水势保持型、低水势忍耐型和变水势波动型;叶片午后水势与叶片干物质含量和根系深度呈极显著的负相关关系(P<0.01),但与比叶面积呈极显著的正相关关系(P<0.01)。本研究有助于从植物生理学的角度上准确认识典型草原植物的水分适应性及水分生态特征。

基于元数据分析的西北干旱区生态地下水位埋深及其影响因素

综合现有文献研究成果,基于元数据分析方法研究不同植被的适宜、极限生态地下水位埋深。选择乔木、灌木和草本等3种植被类型中的13种植物,分析适宜、极限生态地下水位埋深的统计分布、生物多样性和丰富度指数,推求生态地下水位埋深与植物根系和土壤质地的关系,得出:西北地区适宜和极限生态地下水位埋深均值分别为2.9、5.5m,控制范围分别为2.3~3.9、4.0~7.2m;适宜、极限生态地下水位埋深与植物根系具有显著的相关关系,适宜生态地下水位埋深还取决于植物根系伸展速率与地下水位埋深下降速率的相对关系;土壤质地控制毛细管上升高度及地下水位埋深以上水分供给能力,是确定生态地下水位埋深的重要因子。

西鄂尔多斯高原干旱荒漠灌木群落空间分布格局及其竞争关系分析

对西鄂尔多斯高原干旱荒漠中的四合木（Tetraena mongolica Maxim.）、霸王（Sarcozygium xanthoxylon Bunge）、白刺（Nitraria tangutorum Bobr.）和红砂〔Reaumuria songarica（Pall.） Maxim.〕优势群落（样方面积50 m×50 m）进行调查,并按土壤中根系分布深度（0-30、30-60、60-90和大于90 cm）将4种灌木分为4个灌木组,运用单变量函数g（t）、标记相关函数markcorr（t）和双变量函数g12（t）对4个灌木组内灌木的空间分布格局及竞争关系进行了研究。g（t）函数和markcorr（t）函数分析结果显示,4个灌木组内的灌木在0-25 m尺度上几乎都呈显著的随机分布,只有根系分布深度在地下0-30 cm的灌木在小于1 m的尺度上呈现均匀分布;除根系分布深度大于90 cm的灌木的标记在12-13 m尺度上呈现较显著的负相关关系外,在0-25 m尺度上每个灌木组间的标记都不相关,表明根系分布深度相似的灌木间无显著的排斥关系,灌木个体的大小不受周围灌木的影响。g12（t）函数分析结果显示,除根系分布深度为0-30与30-60 cm、30-60与60-90 cm的灌木组间分别在某一中小尺度上（3.0-3.5 m、小于1.5 m和7.0-7.5 m）呈现显著的正相关关系外,在0-25 m尺度内根系分布深度相邻的各灌木组间几乎无显著的相关关系,表明根系分布深度不同的灌木间并不互相影响。研究结果表明,在西鄂尔多斯高原干旱荒漠灌木群落中,具有不同生态学特性的灌木分别占据各自的土壤层,呈现出对土壤水分和养分的分层利用,不存在对资源的竞争。

地中仪地膜棉灌溉试验特征分析

利用不同地下水埋深的地中仪进行地膜棉的灌溉试验,分析了地膜棉不同生育期时蒸发、入渗的变化特征:受地膜棉的蒸腾作用,灌溉入渗量随其日耗水量增加而显著减少;棉花根系吸水影响深度与其日耗水强度成指数关系,其根系吸水最大影响深度为2.76 m;棉花根系利用地下水量随埋深增加而减小,棉田最佳的灌水湿润深度应小于1.0 m,当灌水湿润深度超过1.5 m时,其根系不能更多利用地下水,即可认为是深层入渗。

开发利用土壤水库发展节水农业

在水资源日趋紧张的形势下,建立节水型的农业生产模式将成为必然。通过对土壤水库的空间分布和存在特点的论述,阐述了土壤水库在农业和水利方面的重要性,而对植物生存的水分条件的研究及植物需水规律的探求,为节水型农业的开展及更加合理有效的借助地下水库利用水资源提供了佐证。