半干旱矿区典型灌木根系固土力学及疲劳性能的差异性

[目的] 研究循环荷载对3种典型灌木根系抗拉力学特性的影响,明确疲劳作用后灌木根系固土效能的变化,为半干旱矿区生态修复和侵蚀防控过程中的植物种选择提供科学依据。 [方法] 以北沙柳、小叶锦鸡儿和沙棘根系为研究对象,利用TY8000伺服控制材料试验机对2～4 mm根径范围内的直根及侧根分支处施加轻度和重度循环荷载,分析疲劳前后根系抗拉力和抗拉强度的变化。 [结果] ①3种灌木根生物量、累计根长、根体积和根表面积种间差异显著,均表现为：北沙柳＞小叶锦鸡儿＞沙棘,且根生物量和根体积均主要分布于0-10 cm的表层土体,所占比例平均为38.5%和35.3%,累计根长和根表面积均主要分布于10-20 cm的浅层土体,所占比例平均为30.1%和29.8%。 ②3种灌木直根在疲劳前后抗拉力均与根径呈幂函数正相关,抗拉强度均与根径呈幂函数负相关,且抗拉力和抗拉强度均表现为：小叶锦鸡儿＞北沙柳＞沙棘,根系疲劳可显著提升直根抗拉性能。 ③3种灌木侧根分支处在疲劳前后抗拉力与抗拉强度随根径的变化与直根相似,疲劳前小叶锦鸡儿抗拉力最大,北沙柳次之,沙棘最低,但疲劳后却表现为：沙柳＞小叶锦鸡儿＞沙棘,根系疲劳可显著提升北沙柳和沙棘侧根分支处的抗拉力学性能,却会降低小叶锦鸡儿抗拉能力。 [结论] 在风蚀环境中,北沙柳根系在侵蚀过程中能始终保持良好的抗拉性能,可发挥稳定的固土抗蚀效能,应作为半干旱矿区植被重建的优选植物种。

Differences in Soil Reinforcement and Root Fatigue Properties of Typical Shrubs in Semi-arid Mining Areas