铁路沿线沙生植物种子风传扩散的数值风洞模拟

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb18040086

中国农学通报 ›› 2018, Vol. 34 ›› Issue (30): 81-89.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb18040086

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铁路沿线沙生植物种子风传扩散的数值风洞模拟

马君玲,李顺和,王连峰

大连交通大学环境与化学工程学院,大连交通大学环境与化学工程学院,大连交通大学环境与化学工程学院

收稿日期:2018-04-18 修回日期:2018-09-28 接受日期:2018-06-22 出版日期:2018-10-31 发布日期:2018-10-31
通讯作者: 马君玲
基金资助:
辽宁省农业领域青年科技创新人才培养计划项目“辽西北铁路沿线沙地沙生植物生态修复研究”(2015010)；辽宁省教育厅科学研究一般项目“辽西北铁路沿线生态脆弱区沙化土壤生态修复研究”(JDL2016012)；大连市高层次人才创新支持计划项目“铁路沿线沙化土壤生态修复研究” (2016RQ058)。

Numerical Wind Tunnel Simulation of Psammophyte Seed Wind Dispersal Along Railway Lines

Received:2018-04-18 Revised:2018-09-28 Accepted:2018-06-22 Online:2018-10-31 Published:2018-10-31

摘要/Abstract

摘要： 为了研究铁路沿线沙生植物种子风传扩散机制所体现出的生态适应策略，本文以辽西北铁路沿线沙区段5种蒿属植物为研究对象，借助流体动力学方程和计算机图形学技术，采用数值风洞方法，模拟预测了在不同风速及释放高度条件下各物种种子扩散时间和扩散距离的变化趋势。软件模拟结果表明，（1）在释放高度和风速条件相同的情况下，5种蒿属植物种子的飞行时间和飞行距离与种子重量表现出相反的趋势，即随着种子重量的增大，其水平飞行时间和飞行距离减短。（2）在释放高度相同风速条件不同的情况下，5种蒿属植物种子的飞行时间和飞行距离与风速表现出相同的趋势，即种子的飞行时间和飞行距离随着风速的增大而增加。（3）在风速条件相同释放高度不同的情况下，5种蒿属植物种子的飞行时间和飞行距离与释放高度表现出相同的趋势，即种子的飞行时间和飞行距离随着释放高度的增加而增加。种子重量、风速及释放高度是影响种子扩散时间和扩散距离的敏感因素，在铁路沿线沙化地区筛选适宜的植物防沙措施进行生态修复的同时应结合考虑这些影响因素。

关键词: 农业地质, 农业地质, 特色农业, 生态, 安徽

Abstract: To study the ecological adaptation strategy of the seed wind dispersal mechanism of psammophyte along railway lines, 5 Artemisia species along railway lines in sand dune areas in northwestern Liaoning Province were studied. With the aid of the fluid dynamics equation and computer graphics technology, the numerical wind tunnel was used to simulate and forecast the variation trend of seed dispersal time and dispersal distance at different wind speed and seed releasing heights. The results of software simulation showed that: (1) at the same seed releasing heights and the same wind speed, the flight time and flight distance of 5 Artemisia species showed the opposite trend with seed weight, the horizontal flight time and flight distance were shortened while the seed weight increased; (2) at the same seed releasing heights and the different wind speed, the flight time and flight distance of 5Artemisia species showed the same trend with wind speed, the flight time and flight distance increased while the wind speed increased; (3) at the same wind speed and the different seed releasing heights, the flight time and flight distance of 5Artemisia species showed the same trend with seed releasing heights, the flight time and flight distance increased while the seed releasing heights increased. Seed weight, wind speed and seed releasing heights are sensitive factors that influence seed dispersal time and dispersal distance, and should be taken into consideration in the selection of suitable plant sand-control in the sandy area along railway lines for ecological restoration.

马君玲,李顺和,王连峰. 铁路沿线沙生植物种子风传扩散的数值风洞模拟[J]. 中国农学通报, 2018, 34(30): 81-89.

参考文献

[1] 李波涛. 浅谈铁路沙害的植物防治技术[J]. 科协论坛, 2009, (3):119.
[2] 肖克, 陈飞卫, 仇昌春. 鄂尔多斯南部铁路风沙害防治措施及评价[J]. 内蒙古林业科技, 2009, 35(4):54-57.
[3] 程建军, 蒋富强, 杨印海, 等. 戈壁铁路沿线风沙灾害特征与挡风沙措施及功效研究[J]. 中国铁道科学, 2010, 31(5):15-20.
[4] 朱震达, 陈广庭等. 中国土地沙质荒漠化[M]. 北京: 科学出版社, 1994:48-51.
[5] 钱征宇. 中国沙漠铁路的风沙危害及其防治技术[J]. 中国铁路, 2003, (10): 24-26.
[6] 李懿洋。通霍铁路沿线植被恢复技术措施与效果研究[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2016.
[7] 陈桂琛, 周国英, 孙菁, 等. 梭罗草在青藏铁路取土场植被恢复中的应用研究[J]. 冰川动土, 2006, 28(4): 506-511.
[8] 淮虎银, 魏万红, 张镱锂. 青藏铁路沿线温性草原区芨芨草(Achnatherum splendens)群落特征[J]. 生态学报, 2007, 27(2): 497-503.
[9] 周金星, 易作明, 李冬雪, 等. 青藏铁路沿线原生植被多样性分布格局研究[J]. 水土保持学报, 2007, 21(3): 173-177+18.
[10] 孙永宁, 王进昌, 韩庆杰, 等. 青藏铁路格尔木至安多段沿线高寒植被、土壤特性与人工植被恢复研究[J].中国沙漠, 2011, 31(4): 894-905.
[11] 赵秋晓. 青藏铁路沿线高寒草地植被盖度变化的遥感分析[D]. 北京: 中国地质大学, 2015.
[12] 朱金雷, 刘志民. 种子传播生物学主要术语和概念[J]. 生态学杂志, 2012, 31(9): 2397-2403.
[13] 诸葛晓龙, 朱敏, 季璐, 等. 入侵杂草小飞蓬和钻形紫菀种子风传扩散生物学特性研究[J].农业环境科学学报, 2011, 30(10): 1978-1984.
[14] 郭强. 外来入侵杂草加拿大一枝黄花的风传扩散及适生区分析[D]. 南京: 南京农业大学, 2008.
[15] NATHAN R, KATUI G G, HORN H S, et al. Mechanisms of long-distance dispersal of seeds by wind [J]. Nature, 2002, 418: 409-413.
[16] 刘明虎, 朱金雷, 辛智鸣, 等. 用于研究种子风力传播的野外环境风洞[J]. 生态学杂志, 2015, 34(6): 1770-1778.
[17] 郑景明, 桑卫国, 马克平. 种子的长距离风传播模型研究进展[J]. 植物生态学报, 2004, 28(3): 414-425.
[18] MORTENSEN D A, HUMSTON R. Controlled experiments to predict horseweed (Conyza canadensis) dispersal distances [J]. Weed Science, 2006, 54(3): 484-489.
[19] LEISHMAN M R, WRIGHT I J, MOLES A T, et al. Seeds: the ecology of regeneration in plant communities/ Chapter 4: The ecology of seed dispersal [M]. Willson M F, Traveset A, 2nd Edition. New York:SCABI Publisher, 2000: 85-110.
[20] NATHAN R, MULLER-LANDAU H C. Spatial patterns of seed dispersal, their determinants and consequences for recruitment [J]. Trends in Ecology and Evolution, 2000, 15: 278-285.
[21] 国庆喜, 李金朝. 胡桃楸种实第一扩散阶段分布特征[J]. 东北林业大学学报, 2006, 4:34-36.
[22] 白茹珍, 王呼和. 蒿属植物在中国北方沙漠治理中的作用[J]. 内蒙古林业科技, 2008, 34(4): 49-51.
[23] 刘美子, 宋经元, 罗焜, 等. DNA条形码序列对9种蒿属药用植物的鉴定[J]. 中草药, 2012, 43(7): 1393-1397.
[24] 王慧. 六种蒿属植物杀虫活性成分的提取及分析的研究[D]. 哈尔滨: 东北林业大学, 2008.
[25] 石硕, 贺学礼, 祝东立. 不同海拔高度上两种蒿属植物叶表皮结构比较研究[J]. 河北农业大学学报, 2008, 31(1): 42-47.
[26] 王勇, 梁宗锁, 龚春梅, 等. 干旱胁迫对黄土高原4种蒿属植物叶形态解剖学特征的影响[J]. 生态学报, 2014, 34(16): 4535-4548.
[27] 马君玲. 典型沙生植物乌丹蒿的沙生适应机制——植冠种子库和粘液繁殖体[J]. 中国农学通报, 2014, 30(7): 1-4.
[28] 刘志民, 蒋德明, 阎巧玲, 等. 科尔沁草原主要草地植物传播生物学简析[J]. 草业学报, 2005, 14 (6): 23-33.
[29] 郝建华, 强胜, 杜康宁, 等. 十种菊科外来入侵种连萼瘦果风力传播的特性[J]. 植物生态学报, 2010, 34 (8): 957–965.
[30] 张晓妮, 马君玲, 韩蕾, 等. 铁路沿线沙区段植冠种子库对土壤种子库的补充及其种子活性变化[J]. 生态环境学报, 2015, 24(6): 947-951.
[31] JONGEJANS E, TELENIUS A. Field experiments on seed dispersal by wind in ten umbelliferous species [J]. Plant Ecology, 2001, 152(1): 67-78.
[32] 付增娟, 张川红, 郑勇奇, 等. 黑荆和银荆的繁殖扩散与入侵潜力[J]. 林业科学, 2006, 42(10): 49-53.
[33] GREENE D F. The role of abscission in long-distance seed dispersal by the wind [J]. Ecology, 2005, 86: 3105-3110.
[34] SOONS M B, BULLOCK J M. Non-random seed abscission, long-distance wind dispersal and plant migration rates [J]. Journal of Ecology, 2008, 96: 581-590.
[35] 诸葛晓龙, 朱敏, 郭强. 线性及机理模型的种子风传扩散距离预测[J]. 中国计量学院学报, 2011, 22(2): 181-184.
[36] 张建, 周存宇, 费永俊. 6种蒲公英种子扩散能力研究[J]. 种子, 2014, 33(7): 70-72.
[37] SCHULZ B, JOACHIM D, GERHARD G. Apparatus for measuring the fall velocity of anemochorous diaspores with results from two plant communities [J]. Oecologia, 1991, 86: 454-456.

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[1]	朱小聪. 汾河流域植被生产力时空变异特征分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5): 86-93.
[2]	王丽佳, 唐增. 村规民约对牧民减畜决策行为的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(35): 157-164.
[3]	程璐, 文永莉, 程曼. UV-B辐射增强对陆地生态系统温室气体排放影响的研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(33): 80-88.
[4]	高琳, 胡晋豪, 汪志超, 林昌华, 冯慧敏. 粤北山区县域土地利用对生态服务价值的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(32): 69-77.
[5]	杨武广, 王君, 温凯, 仇景涛. 中国稻鳖共作技术研究进展与展望[J]. 中国农学通报, 2022, 38(31): 12-16.
[6]	杨睿哲, 陈兰兰, 刘雪健, 郑一鸣, 郑伟, 翟丙年, 王朝辉, 李紫燕. 基于文献计量学的农业生态荟萃分析的研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(31): 154-164.
[7]	陈晴晴, 王春林, 张海珊, 张爱芳. 安徽省水稻区试品种稻瘟病和白叶枯病抗性分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(3): 134-139.
[8]	樊海平, 薛凌展, 杨晓燕, 张树兴, 钟全福, 林煜. 异育银鲫‘中科3号’和中华圆田螺稻田生态种养效果比较分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(3): 148-153.
[9]	杨琪雪, 潘换换, 吴树荣, 杜自强, 张红, 武志涛. 基于GIS的山西省煤田生态环境敏感性评价[J]. 中国农学通报, 2022, 38(3): 59-66.
[10]	孙彬, 王芳, 杨雨春, 王君, 陆志民, 董广志, 史婉玲. 水曲柳研究进展[J]. 中国农学通报, 2022, 38(29): 74-79.
[11]	张晶, 刘立娜, 杨宝明, 王永芬, 何平, 徐胜涛, 尹可锁, 李舒, 白亭亭, 李永平, 李迅东, 郑泗军. 基于UPLC-MS/MS分析不同生态型香蕉品种青果皮的主要酚酸成分[J]. 中国农学通报, 2022, 38(28): 129-135.
[12]	潘钰涵, 赵文娟, 和克俭, 黄晓霞, 石雅秋. 生计资本对民族地区农户生计活动的影响及其区域差异研究——以云南元江干热河谷新平县为例[J]. 中国农学通报, 2022, 38(28): 156-164.
[13]	刘宏元, 周志花, 王娜娜, 王艳君. 黄河三角洲自然保护区湿地生态系统健康评价[J]. 中国农学通报, 2022, 38(27): 74-78.
[14]	韩伟, 徐珊. 松嫩平原土地利用变化特征及生态系统服务价值研究——以哈尔滨市为例[J]. 中国农学通报, 2022, 38(26): 82-90.
[15]	蒋阳阳, 李海洋, 李正荣, 崔凯, 吴明林, 周蓓蓓, 王林, 吴多生. 安徽省水产养殖尾水治理典型模式分析与发展建议[J]. 中国农学通报, 2022, 38(26): 139-143.