沙棘根系固土力学特性对其平茬复壮的响应

为考察平茬措施对根系力学特性的影响，以内蒙古干旱半干旱地区水土保持先锋灌木沙棘（Hippophae rhamnoides）根系为研究对象，使用TY-8000拉力机，进行单根极限拉伸试验和根土界面拉拔摩阻试验，并分析平茬对沙棘根系固土力学特性的影响。试验结果显示，在测试根径为0~5 mm时，平茬和未平茬条件下，沙棘单根极限抗拉力、抗阻拉力均与直径呈幂函数正相关；单根极限抗拉强度、根-土界面拉拔抗剪强度均与直径呈幂函数负相关。在代表根径级0.5~1.5 mm，沙棘平茬较未平茬平均单根极限抗拉力值提高31%；平均单根极限抗拉强度提高37%；平均拉拔抗剪强度提高30%。研究结果表明，直径对沙棘根系抗拉强度和抗剪强度均有影响，且沙棘经平茬处理后，抗拉特性和抗剪特性均有所提高。     

固沙先锋树种沙柳枝条力学特性及其影响因素

以内蒙古干旱半干旱沙区固沙先锋树种沙柳(Salix psammophila)枝条为对象,研究其冬季休眠期抗拉、抗剪与抗弯力学特性,分析枝条长度、直径及其化学组分等对其力学特性的影响,为丰富植物固沙能力的评估指标体系,也为沙柳平茬机具的研制提供生物力学依据。结果显示:在测试径级0.5~2.5 mm时,沙柳枝条的极限抗拉力为14.05~52.02 N、抗剪力为16.26~80.04 N、抗弯力为1.02~3.54 N,均随着直径的增大而增大,应力直径递增函数不同;极限抗拉强度为8.96~66.19 MPa、抗剪强度为8.04~39.87 MPa、抗弯强度为1 566.46~46.71 MPa,均随直径的增大而减小,应力强度-直径递减函数不同。表明直径是影响枝条力学特性的重要影响因子。随着枝条长度的增长,其抗弯强度呈增大的趋势,而抗拉强度和抗剪强度无明显的变化规律;沙柳枝条极限抗拉力均值36.19±3.29 N>抗剪力均值 50.04±4.54 N,枝条极限抗拉强度均值31.01±2.81 MPa>抗剪强度均值16.98±1.54 MPa,说明枝条易破坏外力类型为剪切力。沙柳枝条抗拉强度、剪切强度和抗弯强度与纤维素、半纤维素含量呈显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)正相关,与木质素含量呈显著正相关(P<0.05)。试验结果表明影响枝条抗拉、抗剪和抗弯强度的因素中纤维素和半纤维素起主要作用,其次是木质素含量。     

内蒙古中西部3种典型乡土植物根系抗折力学特性

为固土抗蚀优良树种的选择提供生物力学方面的参考依据,也为揭示植物根系持续固土抗蚀力学特性。以内蒙古中西部风水复合侵蚀区的3年生人工柠条(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、紫花苜蓿(Medicago sativa)3种典型乡土植物根系为对象,相同立地条件下使用HG100数显式推拉力计和自制便携式实验平台,在测试直径0.5~4 mm范围内,对单根进行70%极限折力受损,待自修复3个月后,研究3种植物根系抗折力及抗折强度的变化、比较不同植物种之间的差异性。结果表明,3种植物愈伤后单根平均抗折强度大小为:柠条(15.504 MPa)>沙棘(12.342 MPa)>紫花苜蓿(6.584 MPa),说明柠条根系受折受损愈伤自修复后的抗折能力优于沙棘和紫花苜蓿,沙棘又优于紫花苜蓿。3植物根系总体呈现平行对照组单根抗折力(强度)>愈伤后单根抗折力(强度),只有紫花苜蓿平行对照组单根抗折强度与其愈伤后的值无显著差异。柠条平均抗折力下降64%,沙棘平均抗折力下降28%,紫花苜蓿平均抗折力下降27%;柠条平均抗折强度下降40%,沙棘平均抗折强度下降22%,紫花苜蓿平均抗折强度下降12%,说明植物种不同则生物学特性不同,受损愈伤后恢复抗侵蚀能力不同。     

4种不同植被群落类型表土的抗蚀力学特性

[目的]研究黄土高原农林业生产表层土壤水土流失,为该区域及其相似地区生态修复中树种选择及配置提供科学依据。[方法]以杨树+柠条乔灌混交林、杨树纯林、油松常绿针叶林和柠条灌木纯林下4种不同植被群落类型下表土为对象,进行抗剪力学特性研究,并分析土壤含水率对其力学特性的影响力。[结果]在测试表土含水率2.5%～12.5%范围内,4种不同植被类型及裸地对照样地土壤结皮抗剪强度和黏聚力均随着土壤含水率的增加呈增大的趋势,表明在一定范围内表土湿润程度的增加对提高土壤表层抗蚀能力起到积极作用;4种不同植被群落类型表土抗剪强度和黏聚力的值均显著大于裸地的值,说明水土保持的林草措施对表层土壤结构的改善起到了促进作用,从而提高了表层土壤的抗侵蚀能力;在测试含水率2.5%～12.5%范围内随着含水率的增加各样地表土内摩擦角无明显的变化规律。[结论] 4种不同植被群落类型中柠条+杨树混交林下表土抗剪强度、黏聚力总体表现最大,这也从另外一方面说明了水土保持的林草措施中营造混交林的优越性。     

非生长时期6种植物枝条的抗折力学特性

[目的]对内蒙古自治区中西部非生长时期6种植物枝条抗折力学特性进行研究,为该区防风阻沙植物种的选择及其混交配置提供生物力学方面的科学参考。[方法]采用YG(B)026 H-250型织物强力机和自制夹具,室内进行枝条抗折试验,比较6种植物枝条抗折力和抗折强度,分析枝长和直径对抗折力学强度指标的影响。[结果]①在0.5～2.5 mm测试径级范围,6种植物枝条抗折力随直径的增加而增大,抗折强度则随直径的增加呈幂函数递减;②在测试径级0.5～2.5 mm范围内枝长在60 mm时柠条枝条抗折力、抗折强度最大,其值分别为51.700 N和33.510 MPa,枝长在80 mm时种间抗折力、抗折强度最大为柽柳,其值分别为61.777 N和30.821 MPa,枝长在100 mm时种间抗折力、抗折强度最大为沙柳,其值分别是62.237 N和33.156 MPa。[结论] 6种植物枝条在非生长时期其抗折力和抗折强度随着直径、枝条长度的增加其变化特点表现不一致,表明植物种不同、枝长不同则对枝条抗折力、抗折强度的影响亦有差异,这也从另外一方面证明生态修复中只有实现多树种结合的修复方式才是最优水土保持功能实现的模式。     

不同类型土壤－柠条根系复合抗剪力学特性的比较

为揭示柠条根系固土抗蚀机理,以柠条锦鸡儿与低液限粘土、砒砂岩风化土、含细粒土砂3种土壤类型的根土复合体做为对象进行室内直剪试验,研究3种土壤类型的柠条根土复合体抗剪强度及强度指标,分析其差异性。结果表明:3种不同土壤类型下柠条根土复合体剪切规律均服从摩尔－库仑强度破坏准则。0.05显著水平下,12.5 kpa下根系提高土体抗剪强度优于25 kpa。抗剪强度、残余抗剪强度及二者的强度指标均为柠条根与3种土壤类型根土复合体优于相应素土。抗剪强度、残余抗剪强度、粘聚力及残余粘聚力大小排序为:低液限粘土根土复合体 > 砒砂岩风化土根土复合体 > 含细粒土砂根土复合体,内摩擦角和残余内摩擦角大小排序为:含细粒土砂根土复合体 > 砒砂岩风化土根土复合体 > 低液限粘土根土复合体。粘聚力、残余粘聚力的增长率区间为9.97% ~ 45.78%,内摩擦角和残余内摩擦角的增长率区间为?4.09% ~ 2.40%。根会增强土壤抗剪强度及残余抗剪强度。柠条根系对提高低液限粘土的抗剪特性作用效果最明显,提升效果最好。粘聚力在根土复合体抗剪强度、残余抗剪强度的增加中起主要作用。