地菍护坡性能及开发价值研究

论文摘要

为了探明地菍（Melastoma dodecandrum Lour）作为边坡防护植物的性能,于2005至2007年间通过野外考查和引种栽培,观察测定了地菍的繁殖特性,对其栽培技术作了必要研究;通过对地菍覆被土体及模拟植被冠层覆被土体的人工降雨试验及径流冲刷试验,测试了地菍植被对土壤水力侵蚀的消减效率,并分析了地菍植被主要特征对降低土壤侵蚀量的贡献;以素土、金银花植根土为对照,通过大型原位直剪试验及根量根强度分析,测试了地菍植根土的抗剪强度、分析了地菍根系对土壤抗剪强度两参数的增强效果、比较了地菍根系与金银花根系的固土效果,分析了根量、根强度与植根土抗剪强度的相关关系;比较了常规直剪与大型原位直剪测试植根土抗剪强度的合理性。主要研究结果如下:1.地菍的绿期及花期长度:在长沙,地菍成株绿期约为10个月,花期约长5个月。2.地菍的种子繁殖性能:①地菍种子存在明显的休眠现象,用75%硫酸浸种50s,并用1000mg·L-1的赤霉素浸种36h可打破地菍种子的休眠,并使发芽率达到80%;②在室内袋装保藏的条件下,地菍种子的可使用寿命在11个月以下。③试验地地菍种子产量水平为40.18g/m2,以春播当年封行为标准的理论播种量为12.35kg·hm-2,种子直播的保苗系数为4.59,繁殖系数为5599,显示出良好的种子繁殖潜力。3.地菍对栽培和环境条件的要求:①地菍冠层扩展阶段N、P2O5、K2O的最佳配合施用量为1.916g/株、1.345（g/株）、1.039（g/株）。②地菍是喜光植物,但可耐受一定的阴蔽,在遮光率为42%时其冠层发育虽不如全光照条件下好,但仍保持了良好的状态。③地菍有一定的耐旱力,在夏秋季高温条件下可耐受2个月以上的干旱。4.地菍植被降低土壤侵蚀量的效率:①测算出地菍覆被土较之裸置土的减侵蚀率达97.90%。②根据模拟冠层降雨冲刷试验所得冠层盖度、叶弯曲刚度、叶面积指数三因素对土壤侵蚀模数的二次回归方程及连地茎密度对土壤侵蚀模数的二次回归方程,推算出地菍冠层覆被下土壤的减侵蚀率为96.02%,其中叶层的减侵蚀率为90.64%,地菍叶层覆被降低土壤侵蚀的效应为叶层潜在最佳效应的96.84%。③在单宽径流量80L·m-1·min-1及坡度40度的条件下地菍根系对地表径流的减侵蚀效率达87.55%,较对照金银花根系的72.33%高出15个百分点,其原因在于地菍植根土所含根的长度是金银花植根土的2.0032倍,还在于地菍植根土的单位根长抗冲系数为1.366 L·s·g-1·m-1,高于金银花植根土的单位根长抗冲系数(1.313 L·s·g-1·m-1)。④地菍植根土、金银花植根土及裸置土的侵蚀模数与根长的关系可以很好地联合回归拟合为二次曲线y=3.785x2-12.281x+10.501,表现出土体的侵蚀模数的降幅随根长的增长而减缓,在所测金银花根长的范围内侵蚀模数随根长的增长有较大的降幅,而在地菍根长度范围内侵蚀模数降幅很小,显示地菍根的单位土体积长度就增强表土抗侵蚀力而言已近最大有效值。5.地菍根系强固土体效果及其与金银花根系之差异:在本试验之土地条件和管理条件下,在种植期为15个月,以及土壤含水量约为22%时,地菍植根土10cm、20cm、30cm、45cm土层原位直快剪之抗剪参数较裸置土有较大的增量,其中粘聚力增量（Δc/kPa）分别为32.41、17.17、11.89、3.04,内摩擦角增量（Δφ/°）分别为2.39、0.76、0.72、0.15;地菍植根土各土层Δc是金银花植根土的1.87倍、2.11倍、2.64倍、1.74倍,Δφ是金银花的3.46倍、3.17倍、4.24倍、1.5倍。6.地菍及金银花植根土试样剪切面上之根特征及其与土体抗剪强度的关系:①与金银花相比,地菍植根土在四个土层剪切面上有着略高的根截面积比和明显高出的根的平均强度、根抗强度有效率,这三个方面的差异共同构成了两种植根土抗剪强度之差异。②获得地菍植根土四个测试土层之土体抗前强度（⊿τ/kPa）与单位土体截而积根抗拉强度（T/kPa）的关系式如下:10cm土层,⊿τ=0.9264T-31.111（A）;20cm土层,⊿τ=0.3845T-0.3809（B）;30cm土层,⊿τ=0.3699T+0.1187（C）;45cm土层,⊿τ=0.3594T-0.1319（D）。其中方程A有数值很大的常量项,与Wu,T.H.（1976）提出并为有关研究广泛引用的根系对土壤抗剪强度增量的力学模式⊿τ=TN·（sinθ+cosθ·tanφ）·Ar/As=TN·δ·Ar/As存在实质性差异。6.常规直快剪与原位直快剪方法测试植根土抗剪强度的合理性:用常规直剪仪测定原状植根土抗剪强度时测得值偏小,当土体密度较小时偏差更大;常规直剪仪测定地菍植根土10cm土层的抗剪强度出现规律性异化和损失性偏差。上述结果表明,从繁殖、抗性、控制土壤水力侵蚀、增强土壤抗剪强度等方面看,地菍具有良好的护坡性能,有开发价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地菍的研究现状
• 1.2.2 边坡生物防护的水保作用研究现状
• 1.2.2.1 植物冠层的作用
• 1.2.2.2 枯枝落叶层的作用
• 1.2.2.3 根系的作用
• 1.2.3 边坡植物的力学作用研究现状
• 1.2.3.1 根系对边坡稳固性的力学作用机理及效果
• 1.2.3.2 根的力学性能
• 1.2.3.3 植物根系的蒸腾排水效应
• 1.2.3.4 植根土抗剪强度的测定方法
• 1.3 研究内容
• 1.3.1 研究内容及方法
• 1.3.2 研究的技术路线
• 第二章 地菍的繁殖特性及栽培技术研究
• 2.1 地菍生育期观察
• 2.1.1 材料与方法
• 2.1.1.1 试验地概况
• 2.1.1.2 试验材料
• 2.1.1.3 项目观察
• 2.1.2 结果与分析
• 2.2 种子产量及繁殖性能测定
• 2.2.1 种子发芽试验
• 2.2.1.1 材料方法
• 2.2.1.2 试验结果及分析
• 2.2.2 种子的产量测定
• 2.2.2.1 材料方法
• 2.2.2.2 结果与分析
• 2.2.3 播种量试验及繁殖系数计算
• 2.2.3.1 材料与方法
• 2.2.3.2 结果与分析
• 2.3 地菍冠层扩展阶段N、P、K需要量试验
• 2.3.1 材料方法
• 2.3.1.1 材料
• 2.3.1.2 田间试验设计与实施
• 2.3.1.3 冠层生长发育指标的测定
• 2.3.2 结果与分析
• 2.3.2.1 单株叶面积指数及高度
• 2.3.2.2 单株冠层覆盖面积
• 2.3.2.3 最佳施肥量及单株覆盖面积增长倍数预期最大值
• 2.4 耐阴试验
• 2.4.1 材料与方法
• 2.4.1.1 试验材料
• 2.4.1.2 试验设计与实施
• 2.4.1.3 冠层生长发育指标的测定
• 2.4.1.4 叶绿素含量测定
• 2.4.2 结果与分析
• 2.4.2.1 不同遮光率对冠层生长发育的影响
• 2.4.2.2 不同遮光率对地菍叶绿素含量的影响
• 2.5 抗旱试验
• 2.5.1 材料方法
• 2.5.2 结果与分析
• 2.6 小结
• 2.6.1 地菍的绿期及花期长度
• 2.6.2 地菍种子的特点、处理方法及种子发芽率、发芽速度
• 2.6.3 地菍种子生产与繁殖潜力
• 2.6.4 地菍冠层扩展阶段N、P、K需要量
• 2.6.5 耐阴性
• 2.6.6 耐旱性
• 第三章 地菍对坡面水力侵蚀的影响研究
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 人工降雨侵蚀试验
• 3.2.1.1 地菍覆被土体与裸土体侵蚀试验结果
• 3.2.1.2 拟植冠的降雨冲蚀试验结果
• 3.2.2 径流冲刷试验结果
• 3.2.3 地菍覆植被分项特征增强土体抗侵蚀力效应比较分析
• 3.3 小结
• 3.3.1 地菍植被降低土壤侵蚀量的效率
• 3.3.2 植被冠层特征参数与土壤侵蚀模数的关系以及地菍冠层的减侵蚀效率
• 3.3.3 地菍根系消减土壤侵蚀的效应
• 3.3.4 根系特征与植根土抗侵蚀力的关系
• 第四章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新
• 5.3 不足之处
• 5.4 研究展望
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介
• 获得成果目录清单
• 致谢