野生狼尾草护坡性能研究

论文摘要

本研究针对当前国内护坡草本植物种类单一、生态适应性差、易退化等重要问题,从开发我国丰富野生植物资源着手,以湖南等地广泛分布、适应性强的野生狼尾草[Pennisetum alopecuroides（L.）Spreng]为研究对象,以常用护坡草种普通狗牙根[Cynodondactylon（L.）Pers]为对照,首次对野生狼尾草的茎叶水文生态效应、根系机械力学效应和抗旱性展开系统研究,以便为推广利用该植物开展边坡防护、植被恢复等生态工程实践提供科学的理论依据。主要研究结论如下:1、野生狼尾草茎叶水文生态效应总体上优于对照草种。野生狼尾草成坪时间49d,最大草层高度117.14cm,生长4个多月后茎叶鲜重112.93t/hm2、茎叶干重32.99t/hm2、茎叶最大截留率45.35%、茎叶最大截留量5.12mm,均明显优于对照草种;生长4个多月后枯落物有效蓄水率304.88%,略低于对照草种,但两者枯落物有效蓄水量均极低;野生狼尾草茎叶覆盖降低地表温度、保持土壤水分的生态效应比对照草种更显著。2、野生狼尾草根系机械力学效应明显强于对照草种。生长5个月后,野生狼尾草最大根深≥49.42cm,平均根粗1.05mm,0～50cm土层总根重7.72g/100cm2,根系平均最大抗拉力23.0N,根系平均抗拉强度40.18MPa,有效根密度54个/100cm2,土壤抗冲系数159.76L·s/g,根系减沙效应0.83,均明显大于对照草种。相同根径下野生狼尾草根系最大抗拉力和抗拉强度均明显高于对照草种;其根系最大抗拉力与根径成线性正相关,方程为Fr=26.56D-1.5225（R2=0.9805）;其根系抗拉强度与根径成指数负相关,方程为Tr=31.657D-0.9227（R2=0.9672）。两草种根系明显增加了土体最大剪切力和最大剪位移,相同垂直压力下野生狼尾草土体抗剪强度显著大于对照草种;自然状态下（垂直压力10kPa）,野生狼尾草的土体抗剪强度为82.152kPa,根系强化土壤值为56.758kPa,均倍于对照草种;野生狼尾草的土体抗剪强度库仑公式为τf=σ·tan26.27°+77.216,φ=26.27°,c=77.216kPa;两草种根系主要是通过增加土壤粘聚力来增强土体抗剪强度。3、野生狼尾草抗旱性强于对照草种。干旱胁迫下,较之对照草种,野生狼尾草叶片相对电导率增幅小,质膜更稳定;叶片丙二醛（MDA）积累少,抗膜脂过氧化能力更强;叶绿素含量下降小,抗分解能力更强;叶片游离脯氨酸（Pro）积累慢,峰值高且出现时间晚,叶片可溶性糖含量高、增幅大,两者对野生狼尾草的渗透调节作用更持久有效。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1 研究背景
• 1.1 路域边坡防护的重要意义
• 1.2 植被护坡的优势与关键问题
• 2 国内外研究进展
• 2.1 植被护坡概念
• 2.2 植被固土护坡效应与机理研究进展
• 2.2.1 植物地上部与地表侵蚀
• 2.2.1.1 冠层截留
• 2.2.1.2 树干茎流
• 2.2.1.3 枯落物蓄持
• 2.2.2 植物地下部与坡体稳固
• 2.2.2.1 根系增加土体抗剪强度的效应及机理
• 2.2.2.2 根系提高土壤抗侵蚀性的效应及机理
• 2.2.3 问题与展望
• 2.3 护坡草本植物研究与应用现状
• 2.3.1 护坡草本植物的优势
• 2.3.2 护坡草本植物的适应性研究与应用
• 2.3.3 问题与展望
• 2.4 狼尾草应用现状
• 3 研究目的与意义
• 4 研究目标与内容
• 4.1 研究目标
• 4.2 研究内容
• 4.2.1 野生狼尾草地上茎叶水文生态效应研究
• 4.2.2 野生狼尾草地下根系机械力学效应研究
• 4.2.3 野生狼尾草抗旱性研究
• 5 研究方法与思路及技术路线
• 5.1 研究方法
• 5.2 研究思路及技术路线
• 第二章 野生狼尾草地上茎叶水文生态效应研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验地概况
• 1.2 试验材料
• 1.3 试验设计
• 1.4 播种与管理
• 1.5 测定指标与方法
• 1.5.1 成坪速度和时间
• 1.5.2 草层高度
• 1.5.3 地上生物量
• 1.5.4 茎叶最大截留率和最大截留量
• 1.5.5 枯落物有效蓄水率和有效蓄水量
• 1.5.6 地表温度
• 1.5.7 土壤含水量
• 2 结果与分析
• 2.1 成坪速度和时间
• 2.2 草层高度
• 2.3 地上生物量
• 2.4 茎叶截留效应
• 2.5 枯落物蓄水效应
• 2.6 地表温度动态
• 2.7 土壤水分动态
• 3 结论与讨论
• 3.1 茎叶生长状况
• 3.2 吸水法测定茎叶截留效应的意义
• 3.3 枯落物现存量对有效蓄水量的影响
• 3.4 野生狼尾草茎叶覆盖的生态效应显著
• 第三章 野生狼尾草地下根系机械力学效应研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定指标与方法
• 1.3.1 根系生物学性状
• 1.3.2 根系最大抗拉力和抗拉强度
• 1.3.3 土壤抗冲系数
• 1.3.4 土体抗剪强度
• 2 结果与分析
• 2.1 根系生物学性状
• 2.1.1 根深
• 2.1.2 根粗
• 2.1.3 根重
• 2.2 根系最大抗拉力和抗拉强度
• 2.3 土壤抗冲性
• 2.4 土体抗剪强度
• 2.4.1 剪应力与剪位移及垂直压力的关系
• 2.4.2 抗剪强度与垂直压力的关系
• 2.4.3 根系增加土体抗剪强度的原因与效果
• 3 结论与讨论
• 3.1 根系生物学性状
• 3.2 根径与根系抗拉力和抗拉强度的关系
• 3.3 有效根密度对土壤抗冲性的影响
• 3.4 根系对土体抗剪强度的强化效应
• 第四章 野生狼尾草抗旱性研究
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验设计
• 1.3 测定指标与方法
• 1.3.1 土壤含水量
• 1.3.2 叶片相对电导率
• 1.3.3 叶片丙二醛（MDA）含量
• 1.3.4 叶绿素含量
• 1.3.5 叶片游离脯氨酸（Pro）含量
• 1.3.6 叶片可溶性糖含量
• 1.3.7 生长状况
• 2 结果与分析
• 2.1 干旱胁迫对土壤含水量的影响
• 2.2 干旱胁迫对叶片质膜透性的影响
• 2.3 干旱胁迫对叶片 MDA含量的影响
• 2.4 干旱胁迫对叶绿素含量的影响
• 2.5 干旱胁迫对叶片 Pro含量的影响
• 2.6 干旱胁迫对叶片可溶性糖含量的影响
• 2.7 干旱胁迫下生长状况的变化
• 3 结论与讨论
• 3.1 旱棚控水法的干旱胁迫效果
• 3.2 干旱胁迫对野生狼尾草细胞的伤害
• 3.3 野生狼尾草对干旱胁迫的渗透调节响应
• 第五章 结论
• 1 主要研究结论
• 1.1 野生狼尾草地上茎叶水文生态效应
• 1.2 野生狼尾草地下根系机械力学效应
• 1.3 野生狼尾草抗旱性
• 2 创新之处
• 3 不足之处与建议
• 3.1 不足之处
• 3.2 有待继续深入的工作
• 参考文献
• 附图
• 致谢
• 作者简介