植物根系形態(tài)和力學(xué)特性對(duì)黃土區(qū)淺層邊坡土體的抗剪增強(qiáng)作用.pdf

1、植被是增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性的最積極的因素，在邊坡生態(tài)恢復(fù)工程中被廣泛應(yīng)用，尤其是林草一體化高穩(wěn)定性生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，既能在邊坡生態(tài)防護(hù)的前期-根系發(fā)育初期，起到較大的“加筋”作用，還能在粗根發(fā)達(dá)的后期起到“錨固”作用，值得提倡。
　　為進(jìn)一步探討黃土區(qū)林草混合根系的護(hù)坡力學(xué)效應(yīng)，本研究選取陜北當(dāng)?shù)爻Ｒ?jiàn)喬木和草本群落-小葉楊(Populussimonii)和白羊草（Bothriochloaischaemum）群落為研究對(duì)象，研究其:1）根系形

2、態(tài)參數(shù)的空間分布特征;2）根系抗拉力學(xué)特性與根系形態(tài)參數(shù)，特別是與根系直徑的關(guān)系;3）植物根系形態(tài)和力學(xué)特性對(duì)自然邊坡根-土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度的影響。按試驗(yàn)破壞性順序進(jìn)行取樣，首先使用方形環(huán)刀在根際范圍內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)水平—垂直逐層取根-土復(fù)合樣;之后采取完全隨機(jī)法，選擇部分土樣進(jìn)行自然條件下不同土層垂直荷載模擬下的根-土復(fù)合體的直剪試驗(yàn)，測(cè)定根-土復(fù)合體的抗剪特性，剩余根-土復(fù)合體進(jìn)行洗根-掃描后使用圖像分析法用于測(cè)定根系形態(tài)空間分布特性;剪切

3、后的根-土復(fù)合體樣在判明根系所屬植物種類(lèi)后，進(jìn)行抗拉試驗(yàn)，測(cè)定兩種植物不同直徑根系單根最大抗拉力和抗拉強(qiáng)度，并分析其與直徑的關(guān)系;最后探討根土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度與植物根系參數(shù)的關(guān)系并建立根系抗剪強(qiáng)度力學(xué)模型。得出如下結(jié)論:
　　(1)小葉楊和白羊草群落混合根系在垂直方向表現(xiàn)為三個(gè)顯著分布特點(diǎn):根系主要集中分布在0～30cm土層，在40～70cm土層根系逐漸減少，在80cm土層以下根系含量保持低水平的穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明隨著土層深度的增加，植

4、物根系越來(lái)越不發(fā)達(dá)，其充斥土體的能力不斷減弱;在水平方向上，根系生物量、根表面積和根長(zhǎng)的大小隨著白羊草生長(zhǎng)位置的變動(dòng)而波動(dòng)變化，且土層越深，其波動(dòng)幅度越小。
　　(2)小葉楊和白羊草的單根最大抗拉力均與根徑呈正相關(guān)的冪函數(shù)關(guān)系且增長(zhǎng)的斜率逐漸增大，與抗拉強(qiáng)度則均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)的對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系且減小的斜率逐漸降低，而小葉楊的單根拉伸率與根徑成負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系，白羊草則不成規(guī)律。兩種植物進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根徑小于0.6mm時(shí)，相同根徑條

5、件下，小葉楊的單根最大抗拉力較白羊草小，而根徑大于0.6mm后，則相反，且兩者之間的差值逐漸增大;小葉楊單根抗拉強(qiáng)度減小的速度小于白羊草，具體表現(xiàn)為:當(dāng)根徑小于0.75mm時(shí)，小葉楊的單根抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于相同根徑的白羊草的單根抗拉強(qiáng)度，在根徑大于0.75mm后，小葉楊單根抗拉強(qiáng)度大于白羊草。
　　(3)小葉楊和白羊草群落根土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度隨著垂直荷載的增大而顯著增大，且呈線性增加的規(guī)律，符合庫(kù)侖定律;而隨著土壤含水量的增加，抗剪強(qiáng)

6、度呈先增加后減少的趨勢(shì)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)摩擦角Φ和粘聚力C隨著根長(zhǎng)密度和根表面積的增大而增大，而與根系生物量密度的函數(shù)規(guī)律不明顯。其中，土壤內(nèi)摩擦角Φ與根長(zhǎng)密度和根面積密度表現(xiàn)為對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，且增長(zhǎng)率隨根長(zhǎng)密度和根面積密度的增大而減小;而土壤粘聚力C與根長(zhǎng)密度和根面積密度表現(xiàn)為線性增長(zhǎng)趨勢(shì)。
　　本論文選取陜北典型黃土邊坡作為試驗(yàn)樣地，并選取黃土邊坡常見(jiàn)林草群落—小葉楊和白羊草為研究對(duì)象，分析自然狀態(tài)下林草群落根系的空間分布特征