周林虎， 胡夏嵩,2， 劉昌義， 徐志聞， 許 桐， 申紫雁

(1.青海大學(xué) 地質(zhì)工程系， 青海 西寧 810016； 2.中國(guó)科學(xué)院 青海鹽湖研究所， 青海 西寧 810008)

國(guó)內(nèi)外大量研究結(jié)果表明，植被護(hù)坡力學(xué)效應(yīng)包括淺層根系加筋作用、垂直深根錨固作用和側(cè)根斜向牽引作用[1-7]，植物根系抗拉力學(xué)特性可作為評(píng)價(jià)根系力學(xué)效應(yīng)的重要力學(xué)性質(zhì)[8-9]。左志嚴(yán)等[10]通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)于內(nèi)蒙古中西部地區(qū)，生長(zhǎng)期為4 a的檸條(Caraganakorshinskii)、沙棘(Hippophaerhamnoides)和紫花苜蓿(Medicagosativa)根系進(jìn)行單根拉伸試驗(yàn)，指出3種植物單根極限抗拉力隨根徑的增加而增大，單根極限抗拉強(qiáng)度隨根徑的增加而減小，且2者之間呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系。歐陽(yáng)前超等[11]對(duì)生長(zhǎng)于山西土石山區(qū)的黑麥草(Loliumperenne)、香根草(Vetiveriazizanioides)和百喜草(Paspalumnotatum)3種草本根系進(jìn)行單根抗拉力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)果表明其平均極限抗拉強(qiáng)度關(guān)系表現(xiàn)為百喜草(116.226 MPa)>黑麥草(50.839 MPa)>香根草(49.650 MPa)，并指出百喜草的固土性能明顯優(yōu)于黑麥草和香根草。田佳等[12]通過(guò)對(duì)種植于寧夏鹽池縣高沙窩林場(chǎng)，生長(zhǎng)期為 5 a的花棒(Hedysarumscoparium)和沙柳(Salixcheilophila)根系進(jìn)行單根拉伸試驗(yàn)，指出花棒和沙柳根系單根最大拉力、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量均與根徑之間呈冪函數(shù)關(guān)系。Capilleri等[13]對(duì)生長(zhǎng)于意大利西西里島地區(qū)的蘆筍(Asparagusofficinalis)根系進(jìn)行了室內(nèi)單根拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明其抗拉強(qiáng)度為2.5～8.0 MPa，并指出其可有效提高邊坡穩(wěn)定性。Abdi等[14]對(duì)生長(zhǎng)于伊朗北部德黑蘭地區(qū)的歐洲鵝耳櫪(Carpinusbetulus)根系進(jìn)行單根拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明其根徑為0.3～4.5 mm時(shí)，抗拉強(qiáng)度為11.72～62.20 MPa，且2者之間呈冪函數(shù)關(guān)系。由以上相關(guān)研究結(jié)果可知，有關(guān)植物根系抗拉力學(xué)特性方面的研究主要是對(duì)其主根抗拉力學(xué)特性的研究，即已有的研究更多的表現(xiàn)在植物主根對(duì)邊坡土體的加筋和錨固作用，而有關(guān)植物側(cè)根抗拉力學(xué)特性及其與主根抗拉力學(xué)特性對(duì)比等方面，均有待于進(jìn)一步開(kāi)展深入研究。

青藏高原因其地處特殊的地理位置，成為中國(guó)典型的生態(tài)脆弱區(qū)，其生態(tài)環(huán)境的保護(hù)建設(shè)與人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)和諧發(fā)展，對(duì)中華民族乃至全球未來(lái)發(fā)展有著特殊的作用和意義[15]。近年來(lái)，隨著青藏高原東北部地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與資源開(kāi)發(fā)力度和規(guī)模的不斷加大和提升，人類工程活動(dòng)在一定程度上導(dǎo)致了對(duì)高原資源盲目和不合理開(kāi)發(fā)利用，使得本來(lái)就十分脆弱且極不穩(wěn)定的高原環(huán)境承受著愈來(lái)愈沉重的壓力，進(jìn)而引發(fā)大規(guī)模水土流失、土地沙漠化、泥石流和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，且呈現(xiàn)出逐步惡化的變化趨勢(shì)[16-17]。這種高原生態(tài)環(huán)境的逐步惡化，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)了影響，且一定程度構(gòu)成了較嚴(yán)重的潛在威脅，因此開(kāi)展青藏高原東北部地區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?；谝陨蠈?shí)際情況，本項(xiàng)研究對(duì)青藏高原東北部黃土區(qū)4種生長(zhǎng)期為3 a的優(yōu)勢(shì)灌木主根和側(cè)根進(jìn)行了單根拉伸試驗(yàn)，分析4種灌木主根和側(cè)根抗拉力學(xué)特性關(guān)系，以期為深入研究植物根系固土護(hù)坡力學(xué)機(jī)理提供參考。

1 研究區(qū)概況

本項(xiàng)研究自建試驗(yàn)區(qū)位于青藏高原東北部的西寧盆地長(zhǎng)嶺溝流域，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)101°42′，北緯36°36′，海拔為2 315～2 570 m[9]。試驗(yàn)區(qū)邊坡坡度為30°，屬于自然土質(zhì)邊坡，坡向向南，土質(zhì)類型為粉土。該區(qū)屬寒冷半干旱高原大陸性氣候，多年平均氣溫為5.6 ℃，年均降水量為386.2 mm，蒸發(fā)量為1 762.8 mm[18]，降水主要集中在每年6～9 月份，占全年降水量70%～80%左右，且多以暴雨和陣雨形式出現(xiàn)，具有歷時(shí)短、強(qiáng)度大和降雨集中等特點(diǎn)[19-20]。該區(qū)域植被類型是以針茅、蒿類為主的草原植被，主要植物有長(zhǎng)芒草(Stipabungeana)、短花針茅(Stipabreviflora)、馬先蒿(Pedicularisresupinata)、芨芨草(Achnatherumsplendens)、賴草(Leymussecalinus)和灌木亞菊(Ajaniafruticulosa)等，零星分布有能形成群落的甘蒙錦雞兒(Caraganaopulens)灌叢、鬼劍錦雞兒(Caraganajubata)灌叢，伴生有白刺、北方枸杞和沙棘等灌木植物[21-23]。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

根據(jù)研究區(qū)寒冷半干旱氣候條件，本項(xiàng)研究篩選出檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王4種灌木植物作為試驗(yàn)對(duì)象，其生長(zhǎng)特征以及水土保持特性主要表現(xiàn)如下：

(1) 檸條錦雞兒為豆科、錦雞兒屬灌木植物，根系發(fā)達(dá)，具有較強(qiáng)的耐旱能力和抗逆性，可作為人工植被建植的主要優(yōu)良灌木植物，亦是北方地區(qū)水土保持和治沙造林的先鋒植物[24]。

(2) 中寧枸杞為茄科、枸杞屬灌木植物，根系粗長(zhǎng)而發(fā)達(dá)，具有耐旱、耐寒、耐貧瘠和耐鹽堿等特點(diǎn)，且在干旱荒漠區(qū)仍能正常生長(zhǎng)[25]。

(3) 白刺為蒺藜科、白刺屬灌木植物，其根系發(fā)達(dá)、再生能力強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)、耐干旱鹽堿，是優(yōu)良的防風(fēng)固沙灌木種，可在防治風(fēng)沙危害、改良荒漠化土壤和保持生態(tài)平衡中起到重要作用[26]。

(4) 霸王為蒺藜科、霸王屬灌木植物，其主根粗壯但相對(duì)不發(fā)達(dá)，側(cè)根較為發(fā)達(dá)，長(zhǎng)度超過(guò)主根數(shù)倍[20]；具有抗風(fēng)沙、耐干旱的特點(diǎn)，可作為植被恢復(fù)的先鋒物種[27]。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試驗(yàn)裝置 本項(xiàng)研究對(duì)區(qū)內(nèi)4種灌木植物根系拉伸試驗(yàn)采用HY-0580型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(圖1)。該實(shí)驗(yàn)儀器主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和工作系統(tǒng)2部分組成，其主要工作原理為：通過(guò)工作系統(tǒng)中的力和位移傳感器記錄試驗(yàn)過(guò)程中試樣所受到的抗拉力和伸長(zhǎng)量，然后傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)與試驗(yàn)機(jī)相匹配的計(jì)算機(jī)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理后，即可得到相應(yīng)的單根最大抗拉力和伸長(zhǎng)量，同時(shí)繪制出單根抗拉力和伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系曲線。

圖1 單根力學(xué)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)設(shè)備和單根拉伸試驗(yàn)

2.2.2 取樣方法

(1) 野外試驗(yàn)區(qū)原位挖掘采集試樣。在試驗(yàn)區(qū)采集試樣時(shí)，為有效確保根系完整性，將原位挖掘出的植株移放至試樣盆內(nèi)，并及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室。

(2) 清洗根—土復(fù)合體試樣。將根—土復(fù)合體試樣采用清水沖洗干凈，并選取其中順直且表面完好的根系作為試驗(yàn)根系。

(3) 側(cè)根剪切。將復(fù)合體試樣中所清洗出的根系側(cè)根用剪刀剪下，并統(tǒng)計(jì)側(cè)根數(shù)量和根徑。

2.2.3 單根拉伸試驗(yàn)方法 本項(xiàng)試驗(yàn)中，4種灌木主根根長(zhǎng)為130～980 mm，側(cè)根根長(zhǎng)為54～280 mm，故將主根拉伸標(biāo)距設(shè)定為100 mm，側(cè)根拉伸標(biāo)距設(shè)定為50 mm。在室內(nèi)開(kāi)展單根拉伸試驗(yàn)時(shí)，采用游標(biāo)卡尺分別在根段上部、中部和下部3個(gè)不同部位測(cè)量其根徑，并取其平均值作為該根段的根徑，當(dāng)一組單根拉伸試驗(yàn)結(jié)束后，將根徑值輸入與試驗(yàn)機(jī)相匹配的計(jì)算機(jī)軟件AnyTest Professional中，該軟件通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，即可繪制出抗拉力值—變形關(guān)系曲線。

在單根抗拉試驗(yàn)過(guò)程中，為有效避免根系在夾具中發(fā)生滑動(dòng)現(xiàn)象，采用在上、下兩夾具夾頭兩端粘貼膠片、纏繞和增加柔性物質(zhì)的方法來(lái)增大根系與夾具之間的摩擦力[28]。選取斷裂破壞發(fā)生在根系中部或接近中部的試驗(yàn)結(jié)果作為有效試驗(yàn)結(jié)果，若根系在兩端發(fā)生斷裂，則不計(jì)入有效數(shù)據(jù)，重新進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

區(qū)內(nèi)4種灌木植物單根抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式如下[20]：

(1)

式中：P——單根抗拉強(qiáng)度(MPa)；F——單根最大抗拉力(N)；D——根徑(mm)，D包括D1和D2，D1為主根根徑，D2為側(cè)根根徑。

區(qū)內(nèi)4種灌木植物的楊氏模量計(jì)算公式如下[29]：

(2)

式中：Er——楊氏模量(MPa)；F——單根最大抗拉力(N)；D——根徑(mm)；L0——根系原長(zhǎng)(mm)； ΔL——根系最大伸長(zhǎng)量(mm)。

3 結(jié)果與分析

3.1 4種灌木主根和側(cè)根抗拉力及其與根徑之間關(guān)系

本項(xiàng)試驗(yàn)中，檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王其主根根徑分別為1.26～4.93，1.62～6.07，2.1～6.41，2.16～5.23 mm，其中白刺主根平均根徑均大于其他3種灌木，即分別為霸王、中寧枸杞和檸條錦雞兒的1.12，1.15，1.38倍；4種灌木主根平均抗拉力由大至小依次為檸條錦雞兒(248.95 N)>中寧枸杞(236.55 N)>霸王(226.08 N)>白刺(190.10 N)，檸條錦雞兒主根抗拉力與中寧枸杞和霸王差異性相對(duì)不顯著，而與白刺抗拉力差異性相對(duì)較為顯著，即檸條錦雞兒平均單根抗拉力分別較中寧枸杞、霸王和白刺大12.40，22.87，58.85 N(表1)。

表1 試驗(yàn)區(qū)4種灌木主根抗拉力F1及其與根徑D1之間擬合方程

4種灌木單根抗拉力隨著根徑增加呈增大的變化趨勢(shì)，且其抗拉力與根徑之間呈冪函數(shù)正相關(guān)關(guān)系(圖2)，該結(jié)果與李賀鵬等[30]對(duì)生長(zhǎng)于浙江南部地區(qū)的檵木(Loropetalumchinensis)、麂角杜鵑(Rhododendronlatoucheae)和香港黃檀(Dalbergiamillettii)3種灌木，以及Yang等[31]對(duì)生長(zhǎng)于河北省武道河林場(chǎng)的白樺(Betulaplatyphylla)、蒙古櫟(Quercusmongolica)、油松(Pinustabulaeformis)和落葉松(Larixgmelinii)4種喬木根系抗拉力與根徑之間關(guān)系的研究結(jié)果一致。

此外，檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王其單根最大抗拉力分別為402.56，342.54，345.67，320.83 N，所對(duì)應(yīng)根徑分別為4.93，6.07，6.10，5.03 mm，反映出在主根根徑相同條件下，檸條錦雞兒主根抗拉力顯著大于其他3種灌木。

由區(qū)內(nèi)4種灌木側(cè)根抗拉力值及其與根徑之間擬合方程(表2)可知，霸王側(cè)根根徑和平均抗拉力相對(duì)顯著于其他3種灌木，其側(cè)根平均抗拉力分別為中寧枸杞、白刺和檸條錦雞兒的1.72，1.78，3.20倍；4種灌木側(cè)根抗拉力與根徑呈冪函數(shù)正相關(guān)關(guān)系，這與主根抗拉力與根徑之間關(guān)系表現(xiàn)出一致性規(guī)律。

圖2 試驗(yàn)區(qū)4種灌木主根抗拉力與根徑之間的關(guān)系

表2 試驗(yàn)區(qū)4種灌木側(cè)根抗拉力F2及其與根徑D2之間擬合方程

注：D2為側(cè)根根徑。下同。

由區(qū)內(nèi)4種灌木側(cè)根抗拉力值與根徑之間關(guān)系曲線(見(jiàn)圖3)可知，4種灌木側(cè)根抗拉力隨著根徑增加呈顯著增大的變化規(guī)律，但其遞增幅度表現(xiàn)出較顯著的差異性，表現(xiàn)在檸條錦雞兒、中寧枸杞和霸王3種灌木側(cè)根抗拉力遞增幅度呈不斷增大的變化規(guī)律，而白刺側(cè)根抗拉力遞增幅度則未表現(xiàn)出顯著變化趨勢(shì)，這說(shuō)明白刺側(cè)根抗拉力受根徑影響程度不及其他3種灌木。

在此需要說(shuō)明的是，因4種灌木根系抗拉力相對(duì)較大，且根段被上、下兩夾具夾持較緊，試驗(yàn)中存在著2種現(xiàn)象：根段表皮與夾具間發(fā)生滑移和根段在與上、下夾具相接觸位置發(fā)生斷裂。以上這2種現(xiàn)象的存在，使得4種灌木的單根拉伸試驗(yàn)有效率下降，表現(xiàn)在直至獲得20組主根抗拉力有效數(shù)據(jù)時(shí)，檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王所重復(fù)的試驗(yàn)次數(shù)分別為47，39，32，36次，該結(jié)果反映出根系抗拉力愈大，其拉伸試驗(yàn)的有效率愈??；相應(yīng)地，檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王的側(cè)根獲得至20組有效拉伸數(shù)據(jù)時(shí)，所重復(fù)的試驗(yàn)次數(shù)分別為22，27，25，29次，由此結(jié)果分析可以得出側(cè)根的拉伸試驗(yàn)有效率顯著大于主根的有效率。

圖3 試驗(yàn)區(qū)4種灌木側(cè)根抗拉力與根徑之間的關(guān)系

3.2 4種灌木主根和側(cè)根抗拉強(qiáng)度及其與根徑之間關(guān)系

由區(qū)內(nèi)4種灌木主根抗拉強(qiáng)度及其與根徑之間擬合方程(表3)可知，檸條錦雞兒主根平均抗拉強(qiáng)度顯著大于其他3種灌木，即分別為中寧枸杞、霸王和白刺的1.50，1.94，2.89倍，同時(shí)這也一定程度地反映出檸條錦雞兒主根對(duì)邊坡土體的垂直錨固作用顯著于其他3種灌木；4種灌木主根抗拉強(qiáng)度與根徑之間呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，且其相關(guān)指數(shù)均為0.94以上，該研究結(jié)果與蔣坤云[32]對(duì)生長(zhǎng)于河北木蘭圍場(chǎng)地區(qū)的萬(wàn)花木(Myripnoisdioica)、錦帶花(Weigelaflorida)等5種灌木植物根系抗拉強(qiáng)度與根徑之間關(guān)系研究結(jié)果表現(xiàn)出一致性規(guī)律。

表3 試驗(yàn)區(qū)4種灌木主根抗拉強(qiáng)度及其與根徑之間擬合方程

由區(qū)內(nèi)4種灌木主根抗拉強(qiáng)度與根徑之間關(guān)系曲線(圖4)可知，在4種灌木主根根徑相同條件下，檸條錦雞兒主根抗拉強(qiáng)度相對(duì)較大，中寧枸杞和霸王次之，白刺相對(duì)較小；隨著主根根徑增加，4種灌木主根抗拉強(qiáng)度遞減幅度表現(xiàn)出逐漸減小的變化趨勢(shì)，即表現(xiàn)在當(dāng)主根根徑小于3 mm時(shí)，抗拉強(qiáng)度隨根徑增加呈現(xiàn)出急劇減小的變化規(guī)律，當(dāng)根徑大于3 mm時(shí)，抗拉強(qiáng)度隨根徑增加其遞減幅度逐漸減小，最后趨于平緩狀態(tài)。

由表4可知，檸條錦雞兒側(cè)根抗拉強(qiáng)度顯著大于其他3種灌木，即檸條錦雞兒側(cè)根平均抗拉強(qiáng)度分別較中寧枸杞、白刺和霸王高41.31，42.79，46.71 MPa，同時(shí)亦反映出檸條錦雞兒側(cè)根對(duì)區(qū)內(nèi)邊坡土體斜向牽引作用相對(duì)顯著于其他3種灌木；另外，4種灌木側(cè)根其抗拉強(qiáng)度與根徑之間具有顯著的冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與其主根抗拉強(qiáng)度和根徑之間的關(guān)系一致。

圖4 試驗(yàn)區(qū)4種灌木主根抗拉強(qiáng)度與根徑之間的關(guān)系

表4 試驗(yàn)區(qū)4種灌木側(cè)根抗拉強(qiáng)度及其與根徑之間擬合方程

由區(qū)內(nèi)4種灌木側(cè)根抗拉強(qiáng)度與根徑之間關(guān)系曲線(圖5)可知，霸王側(cè)根根徑相對(duì)較大，中寧枸杞和白刺次之，檸條錦雞兒側(cè)根根徑相對(duì)較小；此外，隨著根徑的增加，白刺與中寧枸杞和霸王側(cè)根抗拉強(qiáng)度遞減幅度表現(xiàn)出顯著差異性，即當(dāng)側(cè)根根徑小于0.9 mm時(shí)，白刺側(cè)根抗拉強(qiáng)度顯著大于中寧枸杞和霸王，而當(dāng)側(cè)根根徑大于0.9 mm時(shí)，白刺側(cè)根抗拉強(qiáng)度則小于中寧枸杞和霸王，即隨著側(cè)根根徑增加，白刺抗拉強(qiáng)度遞減幅度較中寧枸杞和霸王顯著。

3.3 4種灌木主根和側(cè)根楊氏模量及其與根徑之間關(guān)系

由表5可知，4種灌木主根在拉伸過(guò)程中，其平均伸長(zhǎng)量(ΔL1)由大至小依次為：中寧枸杞(5.66 mm)>檸條錦雞兒(4.56 mm)>白刺(2.88 mm)>霸王(2.74 mm)，由此可得出，4種灌木主根根系被拉斷時(shí)的最大伸長(zhǎng)率分別為5.66%，4.56%，2.88%和2.74%，即相對(duì)于其他3種灌木，中寧枸杞主根表現(xiàn)出相對(duì)較顯著的伸長(zhǎng)特性；此外，霸王和檸條錦雞兒楊氏模量差異性相對(duì)不顯著，而與中寧枸杞和白刺差異性較顯著，即霸王主根平均楊氏模量為檸條錦雞兒、白刺和中寧枸杞的1.10，2.13，2.53倍，這說(shuō)明霸王和檸條錦雞兒主根剛度較大，抵抗變形的能力顯著于其他2種灌木。

圖5 試驗(yàn)區(qū)4種灌木側(cè)根抗拉強(qiáng)度與根徑之間的關(guān)系

由4種灌木主根楊氏模量與根徑之間關(guān)系曲線(圖6)可知，其主根楊氏模量隨著根徑增加表現(xiàn)出減小的變化規(guī)律，且2者之間呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，該結(jié)果與田佳等[12]對(duì)花棒和沙柳2種灌木，以及及金楠等[33]對(duì)刺槐(Robiniapseudoacacia)和側(cè)柏(Platycladusorientalis)2種喬木根系楊氏模量與根徑之間關(guān)系的研究結(jié)果一致。

表6為區(qū)內(nèi)4種灌木側(cè)根楊氏模量及其與根徑之間擬合方程，由表6可知，霸王側(cè)根拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)量顯著小于其他3種灌木，即檸條錦雞兒、中寧枸杞和白刺側(cè)根伸長(zhǎng)量分別為霸王的1.74，1.76和1.76倍；同時(shí)，檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王側(cè)根伸長(zhǎng)率分別為12.82%，13.00%，12.98%，7.38%，這說(shuō)明4種灌木側(cè)根伸長(zhǎng)率顯著大于主根，反映出4種灌木側(cè)根伸長(zhǎng)特性較主根顯著。此外，檸條錦雞兒側(cè)根楊氏模量相對(duì)最大，霸王次之，白刺和中寧枸杞相對(duì)較小，這與其主根楊氏模量大小關(guān)系表現(xiàn)出不一致性變化規(guī)律。

圖6 試驗(yàn)區(qū)4種灌木主根楊氏模量與根徑之間的關(guān)系

表6 試驗(yàn)區(qū)4種灌木側(cè)根楊氏模量及其與根徑之間擬合方程

由4種灌木側(cè)根楊氏模量與根徑之間關(guān)系曲線(圖7)可知，側(cè)根楊氏模量與根徑之間呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，且其平均相關(guān)指數(shù)為0.79，顯著高于主根楊氏模量與根徑之間冪函數(shù)相關(guān)指數(shù)(0.66)，這說(shuō)明側(cè)根楊氏模量與根徑之間的冪函數(shù)關(guān)系顯著于主根。

圖7 試驗(yàn)區(qū)4種灌木側(cè)根楊氏模量與根徑之間的關(guān)系

3.4 4種灌木主根和側(cè)根根徑、抗拉力、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量差異性分析

由區(qū)內(nèi)4種灌木主根和側(cè)根根徑、抗拉力、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量關(guān)系(表7)可知，4種灌木主根根徑、抗拉力和楊氏模量均顯著大于側(cè)根，而抗拉強(qiáng)度則表現(xiàn)出不一致變化規(guī)律，即檸條錦雞兒和白刺主根抗拉強(qiáng)度小于側(cè)根，而中寧枸杞和霸王主根抗拉強(qiáng)度大于側(cè)根；4種灌木主根和側(cè)根根徑、抗拉力比值由大至小依次為檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王，這說(shuō)明4種灌木抗拉力與根徑具有一致性變化規(guī)律。此外，4種灌木主根和側(cè)根抗拉強(qiáng)度比值為0.67～1.22，說(shuō)明其主根和側(cè)根抗拉強(qiáng)度之間差異性相對(duì)較?。?種灌木主根和側(cè)根楊氏模量比值為2.00～2.82，說(shuō)明主根剛度顯著于側(cè)根，相對(duì)于側(cè)根不易發(fā)生形變，對(duì)邊坡穩(wěn)定性貢獻(xiàn)亦顯著于側(cè)根。

表7 試驗(yàn)區(qū)4種灌木主根和側(cè)根根徑、抗拉力、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量關(guān)系

注：該表中D1，F(xiàn)1，P1和Er1代表主根根徑、抗拉力、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量值；D2，F(xiàn)2，P2和Er2代表側(cè)根根徑、抗拉力、抗拉強(qiáng)度和楊氏模量值。

4 結(jié) 論

(1) 試驗(yàn)區(qū)4種灌木中，檸條錦雞兒主根和側(cè)根抗拉強(qiáng)度均大于其他3種灌木，說(shuō)明檸條錦雞兒垂直深根錨固作用和側(cè)根斜向牽引作用均顯著于其他3種灌木；

(2) 4種灌木主根抗拉力顯著大于側(cè)根，即檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王主根抗拉力分別為側(cè)根的28.45，13.21，11.01，7.35倍，且抗拉力與根徑之間呈冪函數(shù)關(guān)系；

(3) 檸條錦雞兒和白刺主根抗拉強(qiáng)度小于側(cè)根，而中寧枸杞和霸王主根抗拉強(qiáng)度大于側(cè)根，即檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王主、側(cè)根抗拉強(qiáng)度比值分別為0.67，1.17，0.68，1.22；

(4) 4種灌木主根楊氏模量均大于側(cè)根，即檸條錦雞兒、中寧枸杞、白刺和霸王主根楊氏模量分別為側(cè)根的2.00，2.39，2.82，2.48倍，說(shuō)明其主根剛度顯著于側(cè)根，相對(duì)于側(cè)根不易發(fā)生形變，對(duì)邊坡淺層穩(wěn)定性貢獻(xiàn)亦顯著于側(cè)根。