根系固土主导力学因素与差异性评价

为了探究影响根系固土的主导力学因素,并为侵蚀区固土抗蚀植物种的筛选提供部分依据。以3—4年生(4年生为主)5种内蒙古干旱、半干旱地区常见的水土保持植物:柠条(Caragana microphylla Lam.)、沙柳(Salix psammophila C.wang et Ch.Y.Yang)、沙地柏(Sabina vulgaris Ant.)、白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch.)、沙棘(Hippophae rhamnoides Linn.)为研究对象,针对春季土壤干旱和夏季暴雨(土壤湿润)两种自然条件,对影响5种植物根系固土的10项指标进行主成分分析。结果表明,根系抗拉力学特性是影响植物根系固土的主导力学因素,其次为根-土界面摩阻特性,最后是根-土复合体抗剪特性。在此基础上,从根系力学特性的角度出发,运用层次分析法对两个时期5种植物根系固土能力的差异性进行评价。在评价过程中,为了保证评价数据完整性,减小专家主观因素所带来的误差,使评价结果更具科学性,该文将两个时期主成分分析所得3个力学特性的方差贡献率作为权重。评价结果显示,根系固土指数为:春季土壤干旱时期,柠条(0.834)沙柳(0.330)沙地柏(-0.066)白沙蒿(-0.206)沙棘(-0.864);夏季暴雨时期分别为,柠条(0.876)沙地柏(0.218)沙柳(0.065)白沙蒿(-0.404)沙棘(-0.755)。5种植物中,柠条根系的抗拉力学特性显著优于其他植物,可作为干旱、半干旱地区固土抗蚀的重要参考树种。     

4种植物生长旺盛期侧根分支处与相邻上级直根抗折特性的差异

以3~4年生并处于生长旺盛期的柠条、沙柳、沙棘和白沙蒿为研究对象,采用自制夹具、TY8000伺服强力机,对有生命力的、根径为1~4 mm的侧根分支处及其相邻上级直根的抗折力进行测定,分析4种植物侧根分支处与相邻上级直根抗折力、抗折强度的差异.结果表明:尽管4种植物各径级侧根分支处平均根径大于相邻上级直根的平均根径,但侧根分支处的抗折力和抗折强度均小于相邻上级直根的抗折力和抗折强度;柠条、沙柳、沙棘和白沙蒿的侧根分支处抗折强度分别为相邻上级直根的71.5%、62.9%、45.4%、35.4%.4种植物侧根分支处、相邻上级直根的抗折力与根径呈显著的幂函数正相关,抗折强度与根径呈显著的幂函数负相关;4种植物侧根分支处、相邻上级直根抗折强度大小均为:柠条(33.66、47.06 MPa)沙柳(17.31、27.54 MPa)沙棘(3.97、8.75 MPa)白沙蒿(2.18、6.15 MPa).     

施水量变化对毛乌素沙地优势植物形态与生长的影响

 以毛乌素沙地优势植物沙柳(Salix psammophila)、杨柴(Hedysarum mongolicum)、油蒿(Artemisia ordosica)和柠条(Caragana intermedia)为对象,人工控制4种施水量来研究这4种植物形态和生长对模拟降水量变化的响应。结果表明不同施水量显著影响着沙柳、杨柴、油蒿和柠条的分枝格局、叶片、生物量及其分配,并且这4种植物的以上特征对不同施水量的响应也有明显差异。在157.5 mm和630.0 mm的施水量之间,施水量的增加对沙柳、油蒿和杨柴枝叶形态     

陕北沙地3种典型灌木根木质部解剖结构及水力特性

比较了陕北沙地沙柳、柠条和沙棘3种典型灌木不同土壤深度(0～20和30～50 cm)根木质部解剖结构和水力特性.结果表明： 沙柳具有较高的叶水势,根木质部导管平均最大直径(d_max)、平均最小直径(d_min)、平均导管面积(A_lum)以及导管面积占木质部面积比例(A_ves/A_xyl)显著高于柠条和沙棘,根导管密度(VD)与沙棘相当但显著高于柠条;沙柳根的比导水率分别为柠条和沙棘的5.0和2.8倍;沙柳根栓塞脆弱性指数与柠条根相当,但显著高于沙棘根.表明沙柳属耗水型水分利用策略,而柠条和沙棘属节水型水分利用策略,且柠条更耐旱.3种灌木在2个土层深度的d_max、d_min和A_lum无显著差异,但30～50 cm土层根VD和A_ves/A_xyl显著高于表层;30～50 cm土层根比导水率显著高于表层根,但脆弱性指数小于表层根,深层根具有高的水分传输效率和低的水力脆弱性.     

4种植物水浸提液对乌丹蒿的化感作用研究

分布于科尔沁沙地西部的固沙先锋植物乌丹蒿近些年呈现出衰退趋势。本研究选取了该地区3种主要飞播植物白沙蒿、柠条、羊柴以及乌丹蒿自身进行了化感作用的研究,结果表明：3种飞播植物及乌丹蒿自身的水浸提液对乌丹蒿的生长均有不同程度的化感作用,并且不同部位（根、叶、果皮或总苞片）中存在的化感物质的作用不同。主要表现为：乌丹蒿种子的萌发率在各供体的根浸提液中均下降,除羊柴外均达到显著,白沙蒿总苞片和羊柴果皮浸提液也有着同样的结果,而乌丹蒿叶浸提液则有一定的促进作用;4种植物不同部位的水浸提液对乌丹蒿种子发芽速度及幼根的生长均有显著的抑制作用。从综合效应来看,4种植物对乌丹蒿均有抑制作用,抑制作用由强到弱的顺序为：白沙蒿>柠条>乌丹蒿>羊柴。     

半干旱矿区3种灌木侧根分支处折力损伤后的自修复特性

以神东矿区用于植被恢复的小叶锦鸡儿、沙柳、沙棘为对象,研究侧根分支处极限抗折力学特性及受力受损后生长指标、力学特性的自修复能力,以明确半干旱采煤沉陷区灌木侧根分支处在遭受外力损伤后的可持续固土能力.结果表明: 3种灌木生长季初期侧根分支处极限抗折力和抗折强度均存在显著差异,种间变化均表现为小叶锦鸡儿>沙柳>沙棘.小叶锦鸡儿和沙柳侧根分支处抗折强度与纤维素、木质素及棕纤维素含量呈显著正相关,沙棘抗折强度与纤维素和木质素含量呈显著负相关,与棕纤维素含量呈显著正相关.沉陷区形成的折力损伤显著破坏灌木侧根分支处的正常生长和力学特性,即使通过3个月的自修复也不能恢复到未受损水平.生长指标自修复能力越强,抗折力自修复程度越高,修复率种间变化为沙棘(91.2%)>沙柳(82.0%)>小叶锦鸡儿(73.9%),抗折力修复率种间变化为沙棘(41.4%)>沙柳(37.1%)>小叶锦鸡儿(30.0%).3种灌木侧根分支处可持续固土指数分别为小叶锦鸡儿(2.2084)>沙柳(0.2009)>沙棘(-2.4093),说明在半干旱采煤沉陷区小叶锦鸡儿可持续固土能力最强,沙柳次之,沙棘最弱.     

喀斯特坡地拉巴豆地埂篱根及根-土复合体力学特性

为探索地埂篱在喀斯特坡地水土保持中的价值,在重庆市酉阳县喀斯特顺层坡种植拉巴豆地埂篱,通过对根系灰度扫描、化学成分(木质素、纤维素、半纤维素)测定,单根抗拉试验和根-土复合体抗剪/冲试验,分析拉巴豆地埂篱根及根-土复合体的力学特性及影响因素。结果表明:(1)拉巴豆根系全根指标根长、根表面积、根体积、根重均表现为中坡下坡上坡,优势径级为0.0d≤1.0 mm径级。全根根系纤维素的平均含量较木质素、半纤维素高,且与根系直径呈显著负相关。(2)根系平均极限抗拉力6.77 N、平均抗拉强度29.57 MPa。极限抗拉力与木质素含量呈对数函数正相关、与木质素/纤维素(木纤比)呈线性正相关,抗拉强度与纤维素含量、木纤比分别为对数函数正相关和负相关。(3)上坡位抗剪土样的根体积密度、根重密度和木纤比显著大于中、下坡;而抗冲土样的根体积密度、根重密度、纤维素和半纤维素含量则中坡较优,但不显著。(4)根系能有效提高土体抗剪性能,根-土复合体的内摩擦角与粘聚力均较对照裸地高,但仅上坡粘聚力存在显著性差异(较对照增大45.67%)。内摩擦角和抗冲指数均中坡、下坡较优,粘聚力最优值位于上坡位。根-土复合体的力学特性主要受根体积、根重、根表面积密度和纤维素的影响。综上,拉巴豆根及根-土复合体的力学特性主要贡献径级为0.0d≤1.0 mm径级,中、下坡细根量大且根-土复合体抗冲性能表现较优,上坡根-土复合体抗剪切能力最强,但抗冲性能较弱。在推广拉巴豆地埂篱时,尽量种植于地势较低缓的中、下坡,更能凸显水土保持效益。     

神木水蚀风蚀交错带主要人工植物细根垂直分布研究

选择位于水蚀风蚀交错带强烈侵蚀中心的神木六道沟流域,通过分层挖掘法调查了6种典型人工植物细根垂直分布特征.结果表明;(1)各树、草种的细根垂直分布特征具有相似性,即浅层土壤中细根分布较多,深层土壤少;(2)细根密度(Fine root density,FRD)垂直分布存在较大差异,0-2 m土层刺槐(Robinia pseudoacacia)总FRD为1.195 m2·m-2,柠条(Caragana korshinskii)为0.927 m2·m-2,沙柳(Salix psammophila)为0.941 m2·m-2,沙棘(Hippophae rhamnoides)为1.248 m2·m-2,沙蒿(Artemisia ordosica)为0.446 m2·m-2,紫花苜蓿(Medicago sativa)为0.631 m2·m-2;(3)细根垂直分布与土壤水分分布存在显著相关性.     

青藏高原不同气候区高寒沙地两种优势植物及其根际土壤的养分特征

为了探究青藏高原寒冷沙地上优势植物及其根际土壤的养分对不同气候的响应过程, 选取半干旱和半湿润沙地上的优势植物中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis)和沙蒿(Artemisia desertorum)为对象, 调查自然条件下青藏高原半干旱和半湿润沙地上两种植物枝叶和根的碳、氮、磷含量, 及其根际0-10 cm和10-20 cm土壤的有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷含量, 并探讨两种优势植物和根际土壤的养分含量的关系及其影响因子。结果表明, 半干旱和半湿润条件下中国沙棘和沙蒿及其根际土壤的养分差异明显。半干旱和半湿润气候条件下两种植物碳、氮、磷的积累差异显著。半湿润条件下, 沙蒿根际土壤中的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷的含量高于半干旱条件, 而中国沙棘根际土壤养分的结果却相反。不同气候条件下, 沙蒿和沙棘的养分和根际土壤的养分显著相关, 两种植物的养分比差异显著, 沙蒿氮磷比与其根际土壤的氮磷比以及中国沙棘的碳氮比与其根际土壤的碳氮比显著负相关。     

Characteristics of nutrients in two dominant plant species and rhizospheric soils in alpine desert of the Qinghai-Xizang Plateau under contrasting climates

为了探究青藏高原寒冷沙地上优势植物及其根际土壤的养分对不同气候的响应过程, 选取半干旱和半湿润沙地上的优势植物中国沙棘(Hippophae rhamnoides subsp. sinensis)和沙蒿(Artemisia desertorum)为对象, 调查自然条件下青藏高原半干旱和半湿润沙地上两种植物枝叶和根的碳、氮、磷含量, 及其根际0-10 cm和10-20 cm土壤的有机碳、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、有效磷含量, 并探讨两种优势植物和根际土壤的养分含量的关系及其影响因子。结果表明, 半干旱和半湿润条件下中国沙棘和沙蒿及其根际土壤的养分差异明显。半干旱和半湿润气候条件下两种植物碳、氮、磷的积累差异显著。半湿润条件下, 沙蒿根际土壤中的有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、有效磷的含量高于半干旱条件, 而中国沙棘根际土壤养分的结果却相反。不同气候条件下, 沙蒿和沙棘的养分和根际土壤的养分显著相关, 两种植物的养分比差异显著, 沙蒿氮磷比与其根际土壤的氮磷比以及中国沙棘的碳氮比与其根际土壤的碳氮比显著负相关。     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.     

晋西北黄土高原丘陵区不同土地利用方式下土壤碳氮储量

对晋西北黄土高原丘陵区杨树-小叶锦鸡儿人工林、小叶锦鸡儿人工灌丛、杨树人工林、撂荒地和农田5种土地利用方式下土壤碳氮储量进行研究.结果表明: 不同土地利用方式下土壤碳氮含量、碳氮密度和碳氮储量存在显著差异.5种土地利用方式0～20 cm表层土壤碳氮含量和碳氮密度均显著大于20～40 cm和40～60 cm土层.5种土地利用方式同一土层碳氮含量和碳氮密度大小为: 杨树-小叶锦鸡儿人工林>小叶锦鸡儿人工灌丛>杨树人工林>撂荒地>农田;0～60 cm土层土壤有机碳储量大小为:杨树-小-叶锦鸡儿人工林(30.09 t·hm^-2)>小叶锦鸡儿人工灌丛(24.78 t·hm^-2)>杨树人工林(24.14 t·hm^-2)>撂荒地(22.06 t·hm^-2)>农田(17.59 t·hm^-2);土壤氮储量与有机碳储量变化规律相似,杨树-小叶锦鸡儿人工林0～60 cm土层土壤氮储量(4.94 t·hm^-2)最高,其次是小叶锦鸡儿人工灌丛(3.53 t·hm^-2)、杨树人工林(3.51 t·hm^-2)和撂荒地(3.40 t·hm^-2),农田土壤氮储量(2.71 t·hm^-2)最低.杨树-小叶锦鸡儿人工林和小叶锦鸡儿人工灌丛是晋西北黄土高原丘陵区植被建设和生态恢复过程中较好的两种土地利用方式.     

三种植被恢复树种的冠层气孔导度特征及其对环境因子的敏感性

应用Granier热消散探针,长期监测华南地区荷木、大叶相思和柠檬桉林不同径级样树的树干液流,结合同步观测的气象数据,求算冠层气孔导度(g_c),并分析其对环境因子的响应方式及敏感性.结果表明: 不同季节荷木林日间平均g_c显著高于大叶相思和柠檬桉(P<0.05)（除3月外）.在干季和湿季,g_c与光合有效辐射(PAR)呈现对数正相关关系(P<0.001),湿季g_c对PAR响应比干季更敏感.g_c与水汽压亏缺(VPD)在干湿季均呈现对数负相关关系(P<0.001),同样在湿季表现出更高的敏感性.湿季g_c与VPD的偏相关系数高于干季,VPD对气孔行为的调控作用在湿季更为明显.随着土壤含水量的降低,g_c对VPD的敏感性下降,荷木和柠檬桉林下降的幅度大于大叶相思林,荷木和柠檬桉林下降的幅度相当.通过综合分析g_c对环境因子(PAR和VPD)的敏感性及其对土壤含水量变化的响应规律,发现乡土树种荷木作为植被恢复树种比外来引种的大叶相思和柠檬桉更为适宜.     

神木地区耐旱灌木和草本豆科植物根瘤菌遗传多样性

豆科植物具有抗逆性强、耐瘠薄的特性,许多豆科植物是荒漠地区的先锋植物,在生态环境保护中起重要作用.以神木地区主要的灌木和草本豆科植物-根瘤菌共生体系为材料,采用16S rRNA PCR-RFLP和序列分析等方法,对分离得到的55株菌进行多样性分析,其中,30株菌分离自灌木豆科植物紫穗槐和柠条,25株菌分离自草本豆科植物斜茎黄芪、苜蓿、草木樨黄芪等.结果表明: 这些菌株共有11种16S rRNA PCR-RFLP遗传图谱类型,分离自草本豆科植物的菌株主要归属于中慢生根瘤菌属、剑菌属、根瘤菌属、叶瘤杆菌属和土壤杆菌属5个属,分别与华癸中慢生根瘤菌、地中海中慢生根瘤菌、刺槐中慢生根瘤菌、费氏剑菌、草木樨剑菌、木兰根瘤菌、放射根瘤菌、突尼斯叶杆菌和根癌土壤杆菌系统发育关系最近.分离自灌木豆科植物的菌株仅归属于中慢生根瘤菌属,分别与华癸中慢生根瘤菌和地中海中慢生根瘤菌系统发育关系最近.华癸中慢生根瘤菌和地中海中慢生根瘤菌是两类豆科植物的共生菌种,表明在干旱地区,根瘤菌对两种类型豆科植物的选择共生存在差异,这与豆科植物种类有关,还可能与其所处生态环境有关.     

云南干热河谷印楝和大叶相思人工纯林与混交林养分循环特征

为了更好地指导干热河谷不同恢复模式下人工林经营过程中的养分管理以及造林模式的筛选,以元谋干热河谷10年生印楝和大叶相思为研究对象,对其纯林及混交林内N、P、K、Ca、Mg主要养分元素的积累、分配和循环进行研究.结果表明： 印楝纯林、大叶相思纯林及印楝+大叶相思混交林5种营养元素的总积累量分别为333.05、725.61和533.85 kg·hm^-2,印楝纯林各器官养分积累量为枝＞干＞根＞叶＞皮,大叶相思纯林与混交林均为枝＞干＞叶＞根＞皮.印楝纯林内5种养分元素的积累量为Ca＞K＞N＞Mg＞P,大叶相思纯林与混交林一致,均为Ca＞N＞K＞Mg＞P.林分养分年存留量为62.72～162.19 kg·hm^-2·a^-1,总归还量为48.82～88.86 kg·hm^-2·a^-1,年吸收量为111.54～251.05 kg·hm^-2·a^-1,均以大叶相思纯林最高,其次是混交林,印楝纯林最低.林分对营养元素的利用系数为0.34～0.39,循环系数为0.35～0.44,周转期为6.54～8.17 a.印楝纯林内N和P的归还量小,循环速率低;大叶相思纯林内N和P的循环速率较大,有利于林地养分的维持;混交林内养分吸收量和归还量为印楝纯林的186.2%和167.2%,N、P和K的循环速率大于印楝纯林,Ca的周转期短于大叶相思纯林的50%.印楝和大叶相思混交种植有利于林地土壤肥力的恢复和生产力的维持.
     

川西亚高山3个优势树种不同径级根系分解特征

采用埋袋法对川西亚高山3个优势树种(岷江冷杉、粗枝云杉和红桦)细根(≤2 mm)、中根(2～5 mm)和粗根(≥5 mm)质量损失率及碳(C)、氮(N)、磷(P)在经历生长季和非生长季之后释放特征进行研究.结果表明： 红桦质量残留率低于岷江冷杉和粗枝云杉.同一树种,质量残留率总体上随根系径级增加而增加.非生长季的质量损失率占全年质量损失率的52.1%～64.4%.红桦C释放率最高,岷江冷杉最低,且随根系直径的增粗,C释放率降低.岷江冷杉和粗枝云杉N释放模式为非生长季富集、生长季释放,而红桦反之.富集期间,径级越大,富集量越多.3个树种各径级根系P动态在非生长季和生长季皆表现为富集-释放模式,且岷江冷杉P富集程度显著高于粗枝云杉和红桦,但各径级之间差异总体不显著.根系径级对川西亚高山森林根系分解具有显著影响,而径级影响与树种和分解时期有一定关系.     

典型黑土区不同水土保持林表层土壤磷素形态及有效性

以典型黑土区人工营造的落叶松林、水曲柳林、樟子松林和美青杨林表层土壤(0～10 cm)为对象,研究不同类型水土保持林土壤磷素的形态和有效性.结果表明: 水曲柳林和美青杨林土壤全磷、速效磷和磷各组分含量均显著高于落叶松林和樟子松林;4种林地土壤磷主要以有机磷形式存在,并且中活性有机磷NaOH P_o含量最高,占土壤磷素总量的58.9%;对植物有效性相对较高的H₂O P_i和NaHCO₃ P含量较低,分别占土壤磷素总量的1.2%和6.6%;除NaHCO₃ P_o外,土壤中不同磷素形态之间以及磷各组分与土壤有机质、全磷和有效磷之间具有显著相关关系.表明研究区内阔叶林比针叶林能够显著地提高土壤磷的有效性.     

宁夏大罗山4种主要植被类型的细根生物量

采用根钻法,分析了宁夏大罗山4种主要植被类型(青海云杉纯林、油松纯林、落叶灌木和荒漠草原)0～40 cm土层的细根生物量、土壤含水量和土壤容重,并对50 a、70 a和100 a 3种树龄的青海云杉纯林细根生物量进行了研究.结果表明: 4种植被类型的细根生物量集中分布在0～20 cm土层,大小顺序为油松纯林>青海云杉纯林>落叶灌木>荒漠草原,其中油松纯林显著高于其他3种植被类型;不同树龄青海云杉纯林细根生物量表现为70 a > 100 a > 50 a,且其活细根和死细根生物量分配比例无显著性差异;4种植被类型下0～40 cm土壤含水量的大小表现为:青海云杉纯林>油松纯林>落叶灌木>荒漠草原;土壤容重则呈相反的规律,并与细根生物量呈极显著负相关.     

不同饵料对魁蚶稚贝生长和存活的影响

在温度23.5～24.0 ℃和盐度29.5～30.0条件下,研究了球等鞭金藻、小球藻、牟氏角毛藻和新月菱形藻4种单细胞藻类单独及组合投喂24 d后对魁蚶稚贝生长与存活的影响.结果表明: 不同饵料投喂条件下,稚贝存活率均在95%以上,不同处理组间差异不显著.单一饵料投喂组中,球等鞭金藻组的稚贝生长最快,小球藻组的稚贝生长最慢.组合投喂组中,球等鞭金藻与其他3种单胞藻混合(1∶1)投喂组稚贝壳长及特定生长率均优于其他组,其中与小球藻混合投喂的效果最好,稚贝壳长和壳高的特定生长率分别为5.6%·d^-1和6.4 %·d^-1.研究结果可为魁蚶人工苗种培育技术的优化提供参考依据.