ISSN 1004-5759 CN 62-1105/S
Acta Prataculturae Sinica ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (1): 33-49.DOI: 10.11686/cyxb2023074
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Ji-mei ZHAO1,2(
), Xia-song HU3(), Jiang-tao FU4, Chang-yi LIU3, Guang-yan XING1, Fu-cheng YANG3, Pei-hao ZHANG3, Zhe ZHOU3
Received:2023-03-07
Revised:2023-05-31
Online:2024-01-20
Published:2023-11-23
Contact:
Xia-song HU
Ji-mei ZHAO, Xia-song HU, Jiang-tao FU, Chang-yi LIU, Guang-yan XING, Fu-cheng YANG, Pei-hao ZHANG, Zhe ZHOU. Vegetation distribution patterns and root mechanical properties of selected plant species on the Xijitan giant landslide in the upper reaches of the Yellow River[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(1): 33-49.
Fig.1 The study area location and Xijitan landslide distribution area
Fig.2 Profile map of the Xijitan landslide
Fig.3 The growth of some herbaceous plants in the study area
Fig.4 Location and distribution of sampling points in the study area
科名 Families | 属数 Genera | 种数 Species | 占总种百分比 Percentage in total species （%） |
|---|---|---|---|
| 菊科Asteraceae | 8 | 11 | 21.6 |
| 禾本科Poaceae | 9 | 12 | 23.5 |
| 豆科Fabaceae | 3 | 5 | 9.8 |
| 藜科Chenopodiaceae | 4 | 4 | 7.8 |
| 蔷薇科Rosaceae | 1 | 3 | 5.8 |
| 莎草科Cyperaceae | 2 | 3 | 5.8 |
| 蒺藜科Zygophyllaceae | 3 | 3 | 5.8 |
| 十字花科Brassicaceae | 2 | 2 | 3.9 |
| 蓼科Polygonacea | 1 | 1 | 2.0 |
| 百合科Liliaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 柽柳科Tamaricaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 旋花科Convolvulaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 车前科Plantaginaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 瑞香科Thymelaeaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 亚麻科Linaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 茄科Solanaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 总计Total | 40 | 51 | 100.0 |
Table 1 Results of plant species composition distribution in Xijitan landslide area
科名 Families | 属数 Genera | 种数 Species | 占总种百分比 Percentage in total species （%） |
|---|---|---|---|
| 菊科Asteraceae | 8 | 11 | 21.6 |
| 禾本科Poaceae | 9 | 12 | 23.5 |
| 豆科Fabaceae | 3 | 5 | 9.8 |
| 藜科Chenopodiaceae | 4 | 4 | 7.8 |
| 蔷薇科Rosaceae | 1 | 3 | 5.8 |
| 莎草科Cyperaceae | 2 | 3 | 5.8 |
| 蒺藜科Zygophyllaceae | 3 | 3 | 5.8 |
| 十字花科Brassicaceae | 2 | 2 | 3.9 |
| 蓼科Polygonacea | 1 | 1 | 2.0 |
| 百合科Liliaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 柽柳科Tamaricaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 旋花科Convolvulaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 车前科Plantaginaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 瑞香科Thymelaeaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 亚麻科Linaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 茄科Solanaceae | 1 | 1 | 2.0 |
| 总计Total | 40 | 51 | 100.0 |
Fig.5 Distribution characteristics of plant communities in the study area
Fig.6 Biomass and variation characteristics of herbaceous plants in the study area
Fig.7 Types and growth of herbaceous plant in different locations in the study area
植物生长位置 Plant growth position | 土体平均密度 Average density of soil mass （g·cm-3） | 土体平均含水量 Average moisture content of soil mass （%） | d60 （mm） | d30 （mm） | d10 （mm） | 不均匀系数 Uniformity coefficient （Cu） | 曲率系数 Curvature coefficient （Cc） | 土体分类 Soil classification | 土体类型 Soil type |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
滑坡前缘 Front of landslide | 1.47±0.11 | 5.95±2.20 | 2.17 | 0.33 | 0.07 | 29.70 | 0.68 | 不良级配 Poor grading | 砂类土 Sandy soil |
滑坡中部 Middle of landslide | 1.37±0.15 | 10.57±3.80 | 0.63 | 0.20 | 0.08 | 7.58 | 0.78 | 不良级配 Poor grading | 砂类土 Sandy soil |
滑坡后壁 Rear edge of landslide | 1.59±0.14 | 8.47±1.68 | 0.78 | 0.16 | 0.06 | 13.03 | 0.53 | 不良级配 Poor grading | 砂类土 Sandy soil |
Table 2 Test results of soil physical properties indexes in the study area
植物生长位置 Plant growth position | 土体平均密度 Average density of soil mass （g·cm-3） | 土体平均含水量 Average moisture content of soil mass （%） | d60 （mm） | d30 （mm） | d10 （mm） | 不均匀系数 Uniformity coefficient （Cu） | 曲率系数 Curvature coefficient （Cc） | 土体分类 Soil classification | 土体类型 Soil type |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
滑坡前缘 Front of landslide | 1.47±0.11 | 5.95±2.20 | 2.17 | 0.33 | 0.07 | 29.70 | 0.68 | 不良级配 Poor grading | 砂类土 Sandy soil |
滑坡中部 Middle of landslide | 1.37±0.15 | 10.57±3.80 | 0.63 | 0.20 | 0.08 | 7.58 | 0.78 | 不良级配 Poor grading | 砂类土 Sandy soil |
滑坡后壁 Rear edge of landslide | 1.59±0.14 | 8.47±1.68 | 0.78 | 0.16 | 0.06 | 13.03 | 0.53 | 不良级配 Poor grading | 砂类土 Sandy soil |
Fig.8 Particle gradation curve of soils at different landslide locations
滑坡位置 Landslide location | 全氮 Total nitrogen （g·kg-1） | 全磷 Total phosphorus （g·kg-1） | 全钾 Total potassium （g·kg-1） | 有机质 Organic matter （g·kg-1） | 碱解氮 Available nitrogen （mg·kg-1） | 速效磷 Rapid available phosphorus （mg·kg-1） | 速效钾 Rapid available potassium （mg·kg-1） | pH |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
滑坡前缘 Front of landslide | 0.69±0.45b | 1.62±0.08b | 20.57±1.77a | 7.64±7.21b | 41.50±32.46b | 3.68±2.07a | 74.00±62.74b | 8.90±0.57a |
滑坡中部 Middle of landslide | 2.21±0.60a | 1.84±0.16a | 21.78±2.33a | 30.56±7.94a | 131.18±62.92a | 7.27±5.22a | 243.00±138.73a | 8.34±0.37a |
滑坡后壁 Rear edge of landslide | 1.50±0.52a | 1.69±0.09ab | 22.50±1.94a | 20.61±9.61a | 93.33±47.43ab | 4.83±2.25a | 198.33±69.17ab | 8.41±0.18a |
Table 3 Test results of soil nutrient element content in different locations of the study area
滑坡位置 Landslide location | 全氮 Total nitrogen （g·kg-1） | 全磷 Total phosphorus （g·kg-1） | 全钾 Total potassium （g·kg-1） | 有机质 Organic matter （g·kg-1） | 碱解氮 Available nitrogen （mg·kg-1） | 速效磷 Rapid available phosphorus （mg·kg-1） | 速效钾 Rapid available potassium （mg·kg-1） | pH |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
滑坡前缘 Front of landslide | 0.69±0.45b | 1.62±0.08b | 20.57±1.77a | 7.64±7.21b | 41.50±32.46b | 3.68±2.07a | 74.00±62.74b | 8.90±0.57a |
滑坡中部 Middle of landslide | 2.21±0.60a | 1.84±0.16a | 21.78±2.33a | 30.56±7.94a | 131.18±62.92a | 7.27±5.22a | 243.00±138.73a | 8.34±0.37a |
滑坡后壁 Rear edge of landslide | 1.50±0.52a | 1.69±0.09ab | 22.50±1.94a | 20.61±9.61a | 93.33±47.43ab | 4.83±2.25a | 198.33±69.17ab | 8.41±0.18a |
参数 Statistic | 排序轴1 Axis 1 | 排序轴2 Axis 2 |
|---|---|---|
| 特征值Eigenvalues | 0.910 | 0.019 |
| 植物群落累积解释量Plant communities cumulative explained variation （%） | 90.99 | 92.88 |
植物群落分布与环境因子相关性 Plant community distribution and environmental factors correlation | 0.9784 | 0.8511 |
| 植物群落分布与环境因子累积解释量Plant community distribution and environmental factors cumulative explained fitted variation （%） | 96.64 | 98.65 |
| 所有特征值All eigenvalue | 1.000 | |
| 标准特征值Standard eigenvalue | 0.941 | |
| 第一典范轴P值P-value of the first canonical axis | 0.002 | |
| 所有典范轴P值P-value of all canonical axis | 0.002 | |
Table 4 RDA ranking of plant communities and environmental factors
参数 Statistic | 排序轴1 Axis 1 | 排序轴2 Axis 2 |
|---|---|---|
| 特征值Eigenvalues | 0.910 | 0.019 |
| 植物群落累积解释量Plant communities cumulative explained variation （%） | 90.99 | 92.88 |
植物群落分布与环境因子相关性 Plant community distribution and environmental factors correlation | 0.9784 | 0.8511 |
| 植物群落分布与环境因子累积解释量Plant community distribution and environmental factors cumulative explained fitted variation （%） | 96.64 | 98.65 |
| 所有特征值All eigenvalue | 1.000 | |
| 标准特征值Standard eigenvalue | 0.941 | |
| 第一典范轴P值P-value of the first canonical axis | 0.002 | |
| 所有典范轴P值P-value of all canonical axis | 0.002 | |
Fig.9 Redundancy analysis of plant community distribution and environmental factors
环境因子 Environmental factor | 解释率 Explains （%） | 贡献率 Contribution （%） | F | P | 环境因子 Environmental factor | 解释率 Explains （%） | 贡献率 Contribution （%） | F | P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 含水量Moisture content | 44.3 | 47.1 | 12.7 | 0.004 | 有机质Organic matter | 5.1 | 5.4 | 2.7 | 0.120 |
| pH | 6.7 | 7.1 | 8.0 | 0.020 | 全钾Total potassium | 3.3 | 3.5 | 2.0 | 0.170 |
| 全氮Total nitrogen | 9.5 | 10.1 | 4.5 | 0.044 | 海拔Elevation | 2.4 | 2.5 | 1.5 | 0.230 |
| 全磷Total phosphorus | 9.4 | 10.0 | 3.5 | 0.094 | 速效钾Rapid available potassium | 2.4 | 2.5 | 1.3 | 0.264 |
| 速效磷Rapid available phosphorus | 8.3 | 8.9 | 2.6 | 0.116 | 碱解氮Available nitrogen | 2.7 | 2.9 | 1.0 | 0.332 |
Table 5 Forward selection results of redundancy analysis between vegetation communities and environmental factors in the study area
环境因子 Environmental factor | 解释率 Explains （%） | 贡献率 Contribution （%） | F | P | 环境因子 Environmental factor | 解释率 Explains （%） | 贡献率 Contribution （%） | F | P |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 含水量Moisture content | 44.3 | 47.1 | 12.7 | 0.004 | 有机质Organic matter | 5.1 | 5.4 | 2.7 | 0.120 |
| pH | 6.7 | 7.1 | 8.0 | 0.020 | 全钾Total potassium | 3.3 | 3.5 | 2.0 | 0.170 |
| 全氮Total nitrogen | 9.5 | 10.1 | 4.5 | 0.044 | 海拔Elevation | 2.4 | 2.5 | 1.5 | 0.230 |
| 全磷Total phosphorus | 9.4 | 10.0 | 3.5 | 0.094 | 速效钾Rapid available potassium | 2.4 | 2.5 | 1.3 | 0.264 |
| 速效磷Rapid available phosphorus | 8.3 | 8.9 | 2.6 | 0.116 | 碱解氮Available nitrogen | 2.7 | 2.9 | 1.0 | 0.332 |
Fig.10 Comparative characteristics of P. crymophila biomass at different locations
植物生长位置 Plant growth position | 平均根径 Average root diameter （mm） | 平均单根抗拉力 Average tensile resistance of single root （N） | 平均单根抗拉强度 Average tensile strength of single root （MPa） | 样本数量 Samples number （No.） |
|---|---|---|---|---|
| 滑坡前缘Front of landslide | 0.42±0.12a | 3.58±1.41c | 28.86±11.90c | 60 |
| 滑坡中部Middle of landslide | 0.46±0.10a | 7.51±1.78a | 49.78±12.58a | 60 |
| 滑坡后壁Rear edge of landslide | 0.44±0.11a | 4.62±1.36b | 34.00±13.56b | 60 |
Table 6 Single root tensile test results of P. crymophila at different locations in the study area
植物生长位置 Plant growth position | 平均根径 Average root diameter （mm） | 平均单根抗拉力 Average tensile resistance of single root （N） | 平均单根抗拉强度 Average tensile strength of single root （MPa） | 样本数量 Samples number （No.） |
|---|---|---|---|---|
| 滑坡前缘Front of landslide | 0.42±0.12a | 3.58±1.41c | 28.86±11.90c | 60 |
| 滑坡中部Middle of landslide | 0.46±0.10a | 7.51±1.78a | 49.78±12.58a | 60 |
| 滑坡后壁Rear edge of landslide | 0.44±0.11a | 4.62±1.36b | 34.00±13.56b | 60 |
植物生长位置 Plant growth position | 单根抗拉力与根径拟合方程Fitting equation of single root tensile resistance and root diameter | 拟合优度 Goodness of fit （R2） | 显著性水平 Significance level | 单根抗拉强度与根径拟合方程Fitting equation of single root tensile strength and root diameter | 拟合优度 Goodness of fit （R2） | 显著性水平 Significance level |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 滑坡前缘Front of landslide | y=0.9455e2.9971x | 0.7159 | 0.845** | y=11.206x-0.951 | 0.7031 | -0.861** |
| 滑坡中部Middle of landslide | y=2.7684e2.1251x | 0.7035 | 0.941** | y=20.273x-1.071 | 0.7036 | -0.941** |
| 滑坡后壁Rear edge of landslide | y=1.5432e2.414x | 0.7006 | 0.908** | y=12.682x-1.059 | 0.7014 | -0.868** |
Table 7 The fitting relationship between the single root tensile resistance， tensile strength and root diameter of P. crymophila at different locations
植物生长位置 Plant growth position | 单根抗拉力与根径拟合方程Fitting equation of single root tensile resistance and root diameter | 拟合优度 Goodness of fit （R2） | 显著性水平 Significance level | 单根抗拉强度与根径拟合方程Fitting equation of single root tensile strength and root diameter | 拟合优度 Goodness of fit （R2） | 显著性水平 Significance level |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 滑坡前缘Front of landslide | y=0.9455e2.9971x | 0.7159 | 0.845** | y=11.206x-0.951 | 0.7031 | -0.861** |
| 滑坡中部Middle of landslide | y=2.7684e2.1251x | 0.7035 | 0.941** | y=20.273x-1.071 | 0.7036 | -0.941** |
| 滑坡后壁Rear edge of landslide | y=1.5432e2.414x | 0.7006 | 0.908** | y=12.682x-1.059 | 0.7014 | -0.868** |
Fig.11 Relationship between the single root tensile resistance， tensile strength and root diameter of P. crymophila at different locations
Fig.12 Relationship between the single root tensile resistance， tensile strength and root diameter of three herbaceous plant in the middle of landslide
植物名称 Plant name | 平均根径 Average root diameter （mm） | 平均单根抗拉力 Average tensile resistance of single root （N） | 平均单根抗拉强度 Average tensile strength of single root （MPa） | 样本数量 Number of samples （No.） |
|---|---|---|---|---|
| 异针茅S. aliena | 0.39±0.08c | 9.10±2.20a | 80.29±17.73a | 60 |
| 冷地早熟禾P. crymophila | 0.46±0.10b | 7.51±1.78b | 49.78±12.58b | 60 |
| 醉马草A. inebrians | 0.51±0.14a | 6.69±2.04c | 34.82±11.25c | 60 |
Table 8 Single root tensile test results of three herbaceous plant in the middle of landslide
植物名称 Plant name | 平均根径 Average root diameter （mm） | 平均单根抗拉力 Average tensile resistance of single root （N） | 平均单根抗拉强度 Average tensile strength of single root （MPa） | 样本数量 Number of samples （No.） |
|---|---|---|---|---|
| 异针茅S. aliena | 0.39±0.08c | 9.10±2.20a | 80.29±17.73a | 60 |
| 冷地早熟禾P. crymophila | 0.46±0.10b | 7.51±1.78b | 49.78±12.58b | 60 |
| 醉马草A. inebrians | 0.51±0.14a | 6.69±2.04c | 34.82±11.25c | 60 |
Fig.13 Relationship between soil nutrient content and plant root diameter at different locations in the study area
Fig.14 Plant distribution on slope and underground root morphology in the study area
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