南方紅壤區(qū)常見草本根土復(fù)合體生物力學(xué)抗蝕機(jī)理研究.pdf

1、南方紅壤區(qū)在土壤性質(zhì)、植被類型及氣候環(huán)境上均與北方有所差異，為探究南方草本植物根系-土壤復(fù)合體的抗蝕機(jī)理，本文選取泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤、香根草、百喜草和狗牙根為研究對(duì)象，采取室內(nèi)根土復(fù)合體重塑構(gòu)造的研究方法，設(shè)置裸地對(duì)照組和3種草本根土復(fù)合體試驗(yàn)組，采用重塑土沖刷實(shí)驗(yàn)測(cè)定ANS（抗沖性指數(shù)），采用直剪儀測(cè)定土壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（內(nèi)摩擦角和黏聚力），利用雙環(huán)法測(cè)定K1（初始入滲率）、K2（穩(wěn)滲率）、K3（平均滲透率）和K4（滲透總量）4種土壤滲透性參

2、數(shù)，并采用常規(guī)方法測(cè)定草本根系形態(tài)特征、抗拉強(qiáng)度、主要成分含量及土壤理化性質(zhì)，揭示了草本根土復(fù)合體生物力學(xué)抗蝕機(jī)理，為該區(qū)草本根土復(fù)合體抗沖性能預(yù)測(cè)及保土措施實(shí)施提供了一定依據(jù)。主要結(jié)論如下:
　　(1)利用泥質(zhì)頁(yè)巖紅壤種植近1年的香根草、百喜草和狗牙根在根系形態(tài)上存在差異:香根草根系最大直徑普遍比百喜草和狗牙根大，可達(dá)到1.5 mm左右;而百喜草和狗牙根根系直徑普遍在1.0 mm以內(nèi)，且兩者差別不大。百喜草和狗牙根間在RLD（根

3、長(zhǎng)密度）、RSAD（根表面積密度）、RWD（根重密度）大小關(guān)系上隨土層不同而不同，在0～20 cm土層中，大小關(guān)系為百喜草＞狗牙根，而在20～30 cm土層中，卻表現(xiàn)為相反的關(guān)系。在各土層上，香根草的RLD、RSAD和RWD均顯著大于其他2種草本，且隨著土層加深，這種差異有減小的趨勢(shì)。
　　(2)根土復(fù)合體和裸地的土壤滲透性能均隨著土壤深度加深而降低，其中以香根草在0～10 cm土層與10～20 cm土層間變化的最明顯。在不同土層

4、上，滲透性能大小均表現(xiàn)為香根草＞百喜草＞狗牙根＞裸地，且大小差異隨著土層加深逐漸縮小。4種滲透性參數(shù)均與RLD、RSAD、RWD呈正相關(guān)關(guān)系，且香根草根系對(duì)土壤滲透性的改善作用均大于其他兩種草，T1（土壤容重）、T3（非毛管孔隙度）和T5（有機(jī)質(zhì)含量）是影響滲透性參數(shù)的主要土壤理化因子。
　　(3)3種草本根系極限抗拉力隨直徑級(jí)增大均表現(xiàn)為增大，而其抗拉強(qiáng)度均表現(xiàn)為降低的趨勢(shì)，均以香根草變化幅度最大。同直徑級(jí)的香根草根系極限抗拉力

5、和抗拉強(qiáng)度均顯著大于其他兩種草本，而百喜草略大于狗牙根。相對(duì)鮮根而言，3種草本復(fù)水根的極限抗拉力和抗拉強(qiáng)度均明顯提高，其中極限抗拉力以香根草提高的幅度最大(89.16％)，抗拉強(qiáng)度以狗牙根提高的幅度最大(46.82％)。3種草本根系極限抗拉力和抗拉強(qiáng)度均隨含水率降低而不同程度增大，其中極限抗拉力增加幅度以百喜草最大，而抗拉強(qiáng)度增加幅度以香根草最大。3種草本根系各主要成分含量均隨其直徑增大而增大，而L/C（木纖比）呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。F（極

6、限抗拉力）與各主要成分的相關(guān)度較好(r≥0.931)，其與3種主要成分間關(guān)系可表示為F=-0.984C-1.131He+7.655L-31.499（其中C為纖維素、He為半纖維素，L為木質(zhì)素）;而抗拉強(qiáng)度與各成分相關(guān)度較差。
　　(4)在C（黏聚力）和ψ（內(nèi)摩擦角）值上，香根草根土復(fù)合體均顯著大于其他3種模式土壤，尤其是在10～20 cm土層。3種草本根土復(fù)合體C和ψ隨土層加深均呈現(xiàn)先增加后減小的變化，而裸地一直增大。草本根土復(fù)合

7、體ΔC（黏聚力增加增）主要受ΔT1（土壤容重增加值）和RSAD影響，而Δψ（內(nèi)摩擦角增加值）主要受ΔT1影響，且兩者均隨ΔT1增大而減小。根系單根抗拉強(qiáng)度與抗剪增強(qiáng)值有較好的聯(lián)系，但實(shí)際中不能用RAR（根面積比率）的大小反映復(fù)合體抗剪強(qiáng)度的好壞。
　　(5)香根草根土復(fù)合體在不同流量下的各層ANS均明顯大于另外3種模式的土壤，3種草本根土復(fù)合體ANS隨土層加深主要表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)，而裸地土壤為先減小后增大。在根系增強(qiáng)土壤抗

8、沖性方面，香根草表現(xiàn)的比其他2種草本好，各草本根土復(fù)合體的ΔANS（抗沖性增強(qiáng)值）基本隨沖刷流量強(qiáng)度的增大而減小，隨土層深度增加而減小。ANS與K1、K2和K3呈現(xiàn)良好的對(duì)數(shù)關(guān)系，均隨3者增大而增大。ANS均隨C和ψ在一定范圍內(nèi)增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，且當(dāng)C≤20 kPa時(shí)，ANS增長(zhǎng)迅速。L/C與ΔANS呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其他根系主要成分、根系極限抗拉力和抗拉強(qiáng)度均與ΔANS呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)度均不顯著。在與ΔANS相關(guān)性方面，流量因素較土層因素好