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

1、植被是增強邊坡穩(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)護坡技術(shù)，既能在邊坡生態(tài)防護的前期-根系發(fā)育初期，起到較大的“加筋”作用，還能在粗根發(fā)達的后期起到“錨固”作用，值得提倡。
　　為進一步探討黃土區(qū)林草混合根系的護坡力學(xué)效應(yīng)，本研究選取陜北當(dāng)?shù)爻Ｒ妴棠竞筒荼救郝?小葉楊(Populussimonii)和白羊草（Bothriochloaischaemum）群落為研究對象，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)特性對自然邊坡根-土復(fù)合體抗剪強度的影響。按試驗破壞性順序進行取樣，首先使用方形環(huán)刀在根際范圍內(nèi)進行現(xiàn)場水平—垂直逐層取根-土復(fù)合樣;之后采取完全隨機法，選擇部分土樣進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，測定根-土復(fù)合體的抗剪特性，剩余根-土復(fù)合體進行洗根-掃描后使用圖像分析法用于測定根系形態(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后，進行抗拉試驗，測定兩種植物不同直徑根系單根最大抗拉力和抗拉強度，并分析其與直徑的關(guān)系;最后探討根土復(fù)合體抗剪強度與植物根系參數(shù)的關(guān)系并建立根系抗剪強度力學(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)為三個顯著分布特點: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)，說明隨著土層深度的增加，植

4、物根系越來越不發(fā)達，其充斥土體的能力不斷減弱;在水平方向上，根系生物量、根表面積和根長的大小隨著白羊草生長位置的變動而波動變化，且土層越深，其波動幅度越小。
　　(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)系且增長的斜率逐漸增大，與抗拉強度則均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)的對數(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。兩種植物進行對比研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根徑小于0.6mm時，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，小葉楊的單根抗拉強度遠小于相同根徑的白羊草的單根抗拉強度，在根徑大于0.75mm后，小葉楊單根抗拉強度大于白羊草。
　　(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，符合庫侖定律;而隨著土壤含水量的增加，抗剪強

6、度呈先增加后減少的趨勢。進一步分析發(fā)現(xiàn)，內(nèi)摩擦角Φ和粘聚力C隨著根長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與根長密度和根面積密度表現(xiàn)為對數(shù)函數(shù)關(guān)系，且增長率隨根長密度和根面積密度的增大而減小;而土壤粘聚力C與根長密度和根面積密度表現(xiàn)為線性增長趨勢。
　　本論文選取陜北典型黃土邊坡作為試驗樣地，并選取黃土邊坡常見林草群落—小葉楊和白羊草為研究對象，分析自然狀態(tài)下林草群落根系的空間分布特征