黑沙蒿與粉土質(zhì)砂根-土及土-土界面摩阻特性

張 強(qiáng)，劉 靜，李 強(qiáng)，孫 旭，龐景文，張 欣

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院，呼和浩特 010019；2.神東煤炭集團(tuán)環(huán)保管理處，內(nèi)蒙古伊金霍洛 017200；3.水利部牧區(qū)水利科學(xué)研究所，呼和浩特 010019)

水土保持植物措施具有保持水土、防風(fēng)固沙、改善環(huán)境的生態(tài)功能[1-2]。植物根系在為植株提供生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)，會(huì)隨植物生長(zhǎng)在地下縱橫發(fā)展，緊密穿插于周圍土壤中，形成根-土復(fù)合體。土層深處的粗根與土層淺層細(xì)根分別對(duì)土體起到錨固作用和加筋作用，增強(qiáng)了土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性[3-5]。當(dāng)植物在受到強(qiáng)風(fēng)侵襲、地表塌陷、滑坡等外力作用時(shí)，根系與土壤之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，根-土界面之間產(chǎn)生的摩擦阻力在抵抗滑動(dòng)位移發(fā)生的同時(shí)將植物根系的抗拉強(qiáng)度與土體的抗剪強(qiáng)度結(jié)合，有效提高根-土復(fù)合體強(qiáng)度，減少土體形變的發(fā)生[6]。因此，對(duì)植物根系與土壤之間的摩擦特性的研究已成為根系固土領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

目前有關(guān)根-土界面摩擦的研究途徑主要有拉拔試驗(yàn)和直剪試驗(yàn)。曹云生等[7]和楊聞達(dá)等[8]分別對(duì)4種喬木根和山礬主直根進(jìn)行室內(nèi)單根拉拔試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，根系拉拔力隨土壤含水率的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)；邢會(huì)文等[9]用剝根皮制樣法以檸條、沙柳根系和黃土為研究對(duì)象，對(duì)比分析檸條根-土界面與沙柳根-土界面之間的摩擦特性差異；劉亞斌等[10]采用電鏡掃描法從微觀結(jié)構(gòu)角度分析了根系表面差異對(duì)檸條錦雞兒和霸王根-土面摩擦特性的影響。

黑沙蒿(Artemisiaordosica)又名油蒿，是一種具有抗風(fēng)蝕、耐沙埋特點(diǎn)的固沙植物，廣泛分布于內(nèi)蒙古中西部、甘肅、陜西、寧夏地區(qū)的固定和半固定沙丘，在中國(guó)水土保持建設(shè)與沙漠化防治過(guò)程中發(fā)揮顯著作用，而有關(guān)黑沙蒿根固土的研究則鮮有報(bào)道。因此，本研究以鄂爾多斯上灣礦區(qū)常見(jiàn)的水土保持先鋒灌木黑沙蒿及其生長(zhǎng)地土壤為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)根-土界面直剪試驗(yàn)和室內(nèi)拉拔摩阻試驗(yàn)探究黑沙蒿根-土界面摩阻特性及影響因素，以期為植物根系固土提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料的采集

取樣地位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗上灣礦區(qū)，在2017年7月份選取地形平坦，黑沙蒿長(zhǎng)勢(shì)良好的樣地，按照本根系固土力學(xué)實(shí)驗(yàn)室[11]測(cè)得的黑沙蒿標(biāo)準(zhǔn)株指標(biāo)選取黑沙蒿根系裝入黑色塑料袋覆蓋濕土后用保溫包帶回實(shí)驗(yàn)室，放入4 ℃(與土溫近似)低溫培養(yǎng)箱保存，并開展室內(nèi)試驗(yàn)。

試驗(yàn)土壤取自采根地，就地開挖一個(gè)100 cm深土層剖面，以每20 cm為一層，共5層，每層用直徑50.46 mm×高50 mm環(huán)刀按品字形分布取土3次，每剖面取15個(gè)土樣，共30個(gè)土樣，所測(cè)結(jié)果如表1。另取3 kg土作為試驗(yàn)用土。用烘干法和環(huán)刀法測(cè)其土壤質(zhì)量含水率、土壤干體積質(zhì)量，并計(jì)算飽和含水率。土樣的粒徑成分使用Mastersizer 3000激光粒度分析儀測(cè)試，結(jié)果如表2。根據(jù)《土的工程分類》GB/50145-2007[12]中土的工程分類，將試驗(yàn)土樣命名為粉土質(zhì)砂(SM)。

表1 不同深度原狀土土壤與土壤質(zhì)量含水率Table 1 Soil mass moisture content and soil of undisturbed soil at different depths

表2 原狀土土樣粒徑組成Table 2 Soil particle size distribution of undisturbed soil

1.2 試樣制備

1.2.1 直剪摩阻試驗(yàn) 選取3～5 mm徑級(jí)、長(zhǎng)度>7 cm的黑沙蒿直根，用刀片沿根軸方向剝離根表皮，用‘哥倆好’裝飾膠將完整的根皮粘貼于直徑為6.1 cm、厚0.9 cm圓形木片上，使每塊根皮相互平行且表面平整無(wú)凹凸，如圖1-A。為還原自然狀態(tài)，制好試樣用微濕毛巾遮蓋，備用。

黑沙蒿生理特性的研究表明黑沙蒿可在土壤質(zhì)量含水率小于3%的環(huán)境中生存[13]，因此將重塑土的質(zhì)量含水率設(shè)為3.94%、7.94%(自然質(zhì)量含水率)、11.94%、15.94%、19.94%(近似飽和)共5個(gè)等差梯度，并按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999[14]中要求制備。上、下剪切盒各深2cm，下盒放1cm厚透水石與試驗(yàn)根樣，根據(jù)土壤干體積質(zhì)量與設(shè)定質(zhì)量含水率，稱取適量重塑土分次放入直徑61 mm、高20 mm的環(huán)刀并用1 cm 厚透水石依次均勻壓實(shí)成1 cm厚土樣，擠壓透水石，使土樣與透水石進(jìn)入剪切上盒，如圖1-B。土-土界面試樣與根-土界面土樣制作類似，其壓實(shí)厚度為2 cm。

A. 試驗(yàn)根樣 Root sample；B.直剪摩阻試驗(yàn)結(jié)構(gòu)剖面 Structure section of direct shear friction test

1.滾珠 Roll balls；2.剪切力 Shear direction；3.根皮 Root epidermis； 4.木塊 Wood brick；5.加壓板 Press plate ；6.豎向壓力 Vertical load；7.透水石 Porous stone；8.土樣 Soil；9.剪切上盒 Up box；10.剪切下盒 Down box

圖1試驗(yàn)根樣與直剪摩阻結(jié)構(gòu)剖面圖
Fig.1Finishedtestrootandstructuresectionofdirectshearfrictiontest

1.2.2 拉拔摩阻試驗(yàn) 選取長(zhǎng)勢(shì)較直、表皮完好的已采集黑沙蒿根系，量取根長(zhǎng)為8 cm，根徑在1～5 mm的根作為試驗(yàn)根系。如圖2，把距離根端2 cm處設(shè)為夾口端，剩余部分根段用精度為0.01 mm游標(biāo)卡尺等距測(cè)量5次根徑后取平均值，按照徑級(jí)在1～2 mm、2～3 mm、3～ 4 mm、4～5 mm分為4個(gè)梯度。

用內(nèi)徑為6 cm，長(zhǎng)為11 cm的PVC管中部對(duì)稱開直徑為1 cm的圓孔，用厚度為1 cm圓形木片封緊一側(cè)管口，添加重塑土(土壤質(zhì)量含水率7.94%)，土到達(dá)圓孔時(shí)將根穿過(guò)圓孔，露出夾口端，繼續(xù)填土將PVC管填滿再加蓋圓形木片壓實(shí)，打開另一端木片繼續(xù)加土，在管口兩端重復(fù)加土，確保試驗(yàn)根處于圓孔中央，避免與圓孔邊緣摩擦。當(dāng)PVC管內(nèi)土的體積質(zhì)量達(dá)到試驗(yàn)要求(1.77 g·cm-3)，將根-土復(fù)合體試樣固定于自制夾具備用。

圖2 試驗(yàn)根Fig.2 Root tested

1.3 試驗(yàn)儀器及方法

1.3.1 直剪摩阻試驗(yàn) 采用ZJ型四聯(lián)應(yīng)變控制式直剪儀，按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》SL237-1999的要求進(jìn)行，將制好的試驗(yàn)?zāi)緣K以根軸線平行于剪切力方向放入剪切盒，設(shè)置剪切速率為0.8 mm·min-1以模擬土壤孔隙水承壓情況下的土體滑動(dòng)狀態(tài)。黑沙蒿根系集中在0～170 cm土層中[15]，根據(jù)土力學(xué)[16]自重應(yīng)力公式：

(1)

式中，σcz為地下深度為z處土層的自重應(yīng)力，kPa；hi為第i層土的厚度，m;ri為第i層土的天然重度，kN;n為從地表到深度z處的土層數(shù)。

由此測(cè)得根系在72 cm處的自重應(yīng)力為12.5 kPa,144 cm處自重應(yīng)力為25 kPa，參照直剪試驗(yàn)要求，另取2級(jí)壓力為50 kPa、100 kPa。

每組試驗(yàn)重復(fù)3次，利用數(shù)采軟件記錄試驗(yàn)剪切位移與抗剪強(qiáng)度，內(nèi)摩擦角和黏聚力按照庫(kù)倫公式計(jì)算得出：

τ= tanφ·p+c

(2)

式中，τ為土體的抗剪強(qiáng)度，kPa；φ為土體內(nèi)摩擦角，°;p為法向應(yīng)力，kPa;c為土體黏聚力，kPa。

將內(nèi)摩擦角正切值tanφ設(shè)為摩擦系數(shù)f[17]；c為根-土界面黏聚力；p為法向應(yīng)力(垂直荷載)用來(lái)分析黑沙蒿根-土界面摩擦特性，所得公式如下：

τ= tanφ·p+c=f·p+c

(3)

土-土界面試驗(yàn)與根-土界面方法一致。

1.3.2 拉拔摩阻試驗(yàn) 選用TY8000伺服強(qiáng)力機(jī)，設(shè)置加載速度為10 mm·min-1,通過(guò)夾具固定根-土復(fù)合體式樣的夾口處勻速豎直向上拉拔，直至試驗(yàn)根從土中完全拔出，通過(guò)軟件記錄拉拔過(guò)程中最大拉拔力，每根徑重復(fù)6次。根-土復(fù)合體單根拉拔試驗(yàn)有2個(gè)假定：一個(gè)是拉根過(guò)程中，根與土體的界面摩擦應(yīng)力分布均勻；另一個(gè)是根與土體界面均勻分布的摩擦應(yīng)力與拉拔剪應(yīng)力大小一致，合力為零，即：

τπdl-F=0

(4)

式中，τ為根-土界面拉拔剪應(yīng)力，kPa；F為根被拔出時(shí)的最大拉力,N；d為根系的平均直徑，mm;l為根系在土中的長(zhǎng)度,mm。公式(4)可變?yōu)椋?/p>

τ=F/(πdl)

(5)

將根-土界面拉拔剪應(yīng)力設(shè)為根-土界面抗剪強(qiáng)度τf[17]，即：

τf=F/(πdl)

(6)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)量含水率對(duì)2種剪切界面抗剪強(qiáng)度的影響

黑沙蒿根-土界面與土-土界面抗剪強(qiáng)度受土壤質(zhì)量含水率變化影響見(jiàn)表3。對(duì)不同土壤質(zhì)量含水率條件下的黑沙蒿根-土界面與土-土界抗剪強(qiáng)度進(jìn)行分析，隨著垂直荷載增大，抗剪強(qiáng)度增大。當(dāng)抗剪強(qiáng)度在垂直荷載為12.5 kPa和25 kPa的條件下，2種剪切界面抗剪強(qiáng)度隨著土壤質(zhì)量含水率的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)。在土壤質(zhì)量含水率為11.94%時(shí)根-土界面與土-土界面抗剪強(qiáng)度均達(dá)到極大值，土壤質(zhì)量含水率為19.94%時(shí)，2種剪切界面抗剪強(qiáng)度值最小；當(dāng)土壤質(zhì)量含水率從3.94%增長(zhǎng)到11.94%時(shí)，12.5 kPa和25 kPa所對(duì)應(yīng)得根-土界面抗剪強(qiáng)度分別增加7.69%和14.53%，土-土界面抗剪強(qiáng)度分別增加15.23%和10.25%；土壤質(zhì)量含水率由11.94%增加到19.94%時(shí)，12.5 kPa和25 kPa所對(duì)應(yīng)的根-土界面抗剪強(qiáng)度分別減少10.54%和17.42%，土-土界面抗剪強(qiáng)度分別減少17.01%和23.52%。在垂直荷載為50 kPa和100 kPa時(shí)，2剪切界面抗剪強(qiáng)度隨土壤質(zhì)量含水率的增加而減小，土壤質(zhì)量含水率土由3.94%增加到19.94%，所對(duì)應(yīng)的根-土界面抗剪強(qiáng)度值分別減少26.43%和17.19%，土-土界面抗剪強(qiáng)度分別減小20.43%和16.23%。同等垂直荷載與質(zhì)量含水率條件下，黑沙蒿根-土界面抗剪強(qiáng)度均大于土-土界面。

表3 不同土壤質(zhì)量含水率下2種剪切界面抗剪強(qiáng)度Table 3 Shear strength of two types of shear interfaces with different soil mass moisture contents kPa

2.2 土壤質(zhì)量含水率對(duì)2種剪切界面摩擦系數(shù)的影響

2種剪切界面摩擦系數(shù)與土壤質(zhì)量含水率關(guān)系如下圖3所示，隨著土壤質(zhì)量含水率的增加，2種剪切界面摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且黑沙蒿根-土界面摩擦系數(shù)均大于土-土界面。當(dāng)土壤質(zhì)量含水率從3.94%增加到19.94%時(shí)，黑沙蒿根-土界面與土-土界面所對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)分別由0.48和0.43降到0.38和0.35，降幅分別達(dá)到20.83%和18.60%。由圖4可以看出，在質(zhì)量含水率遞增幅度相同情況下，黑沙蒿根-土界面摩擦系數(shù)減小率分別為5.88%、8.48%、6.34%、2.08%，表現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)；土-土界面摩擦系數(shù)減小率分別為8.60%、8.91%、1.68%、1.70%，在質(zhì)量含水率區(qū)間為3.94%～11.94%時(shí)的減小率大于黑沙蒿根-土界面，在11.94%～19.94%時(shí)的減少率小于黑沙蒿根-土界面。

圖3 摩擦系數(shù)與土壤質(zhì)量含水率關(guān)系Fig.3 Relationship between friction coefficient and soil mass moisture content

圖4 摩擦系數(shù)減小率與土壤質(zhì)量含水率區(qū)間關(guān)系Fig.4 Relationship between reduction rate of friction coefficient and soil mass moisture content interval

2.3 土壤質(zhì)量含水率對(duì)2種剪切界面黏聚力的影響

對(duì)不同土壤質(zhì)量含水率與2種剪切界面黏聚力進(jìn)行Duncan’s檢驗(yàn)(P<0.05)后得圖5，由圖5可知，除根-土界面土壤質(zhì)量含水率為3.94%與19.94%的粘聚力與土壤質(zhì)量含水率無(wú)顯著差異外，土壤質(zhì)量含水率的變化對(duì)黑沙蒿根-土界面和土-土界面黏聚力影響顯著，在土壤質(zhì)量含水率為3.94%～11.94%時(shí)，對(duì)各土壤質(zhì)量含水率梯度下2種剪切界面進(jìn)行單因素方差分析(a=0.05)后發(fā)現(xiàn)，相同質(zhì)量含水率下黑沙蒿根-土界面黏聚力和土-土界面黏聚力根無(wú)明顯差異，質(zhì)量含水率為15.94%～19.94%時(shí)，相同質(zhì)量含水率下黑沙蒿根-土界面黏聚力和土-土界面黏聚力存在顯著差異；土壤質(zhì)量含水率與2種剪切界面黏聚力關(guān)系如圖5所示，黑沙蒿根-土界面與土-土界面黏聚力均隨土壤質(zhì)量含水率增大表現(xiàn)出先增大后減小的變化規(guī)律，在土壤質(zhì)量含水率為3.94%時(shí)，黑沙蒿根-土界黏聚力最低值為2.40 kPa,質(zhì)量含水率為11.94%時(shí)對(duì)應(yīng)的黏聚力為4.51 kPa(峰值),較3.94%時(shí)增長(zhǎng)87.92%，質(zhì)量含水率由11.94%增加至19.94%時(shí)，黏聚力減小為2.61 kPa，降低42.13%；相同質(zhì)量含水率變化條件下，土-土界面的黏聚力從2.42 kPa增長(zhǎng)至4.56 kPa(峰值),增長(zhǎng)88.43%，最終減小為2.07 kPa,降低54.61%。對(duì)2種剪切界面的的黏聚力與土壤質(zhì)量含水率之間進(jìn)行函數(shù)擬合后得出：根-土界面y=-0.026 2x2+0.668 5x+0.008 2，R2=0.91；土-土界面y=-0.030 9x2+0.701 2x+0.186 2，R2=0.89。

不同剪切界面之間，不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05) Indifferent shearing interfaces,different uppercase letters indicate significant difference (P<0.05);不同含水率之間，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05) In different water contents,different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05)

圖5黏聚力隨土壤質(zhì)量含水率變化關(guān)系
Fig.5Relationshipbetweencohesionandsoilmassmoisturecontent

2.4 根徑對(duì)黑沙蒿單根拉拔摩阻特性的影響

通過(guò)根-土復(fù)合體拉拔試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證根徑對(duì)黑沙蒿根-土界面摩擦特性的影響。在自然質(zhì)量含水率(7.94%)條件下1～5 mm根徑對(duì)黑沙蒿根-土界面拉拔摩阻的影響結(jié)果如圖6所示，黑沙蒿根徑與拉拔力之間呈明顯線性正相關(guān)關(guān)系,擬合方程為y=5.939 2x+2.675 2,R2=0.956。黑沙蒿根-土界面拉拔試驗(yàn)所得抗剪強(qiáng)度與根徑關(guān)系如圖7所示，黑沙蒿根-土界面拉拔試驗(yàn)所得抗剪強(qiáng)度隨根徑增大而減小，當(dāng)根徑從1～2 mm增加到2～3 mm時(shí)，根-土界面抗剪強(qiáng)度由40.05 kPa減小到37.40 kPa，降低6.62%；根徑從2～3 mm增加到3～4 mm，根-土界面抗剪強(qiáng)度減小1.84 kPa，降低5.17%；根徑從3～4 mm增加到4～5 mm，根-土界面抗剪強(qiáng)度減小1.23 kPa，降低3.46%，抗剪強(qiáng)度相比前一徑級(jí)組的減小幅度隨徑級(jí)組增加而降低。對(duì)抗剪強(qiáng)度隨根徑變化關(guān)系進(jìn)行函數(shù)擬合得出y=0.355x2-3.675x+43.363,R2=0.999。

圖6 拉拔力與根徑關(guān)系Fig.6 Relationship between pulling force and root diameter

圖7 抗剪強(qiáng)度與根徑關(guān)系Fig.7 Relationship between shear strength and root diameter

3 討 論

在黑沙蒿根系埋深72 cm、144 cm左右(即垂直載荷12.5 kPa、25 kPa)，隨著土壤質(zhì)量含水率的不斷增加，2種剪切界面的抗剪強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢(shì)。這與朱宏慧[18]研究4類土根-土界面摩擦特性的結(jié)果類似，因?yàn)閺墓?3)可知，剪切界面抗剪強(qiáng)度由剪切界面摩擦強(qiáng)度和黏聚力組成，摩擦強(qiáng)度為摩擦系數(shù)與法向應(yīng)力的乘積，由圖3可知摩擦系數(shù)隨土壤質(zhì)量含水率的增大而減小，其原因是土壤質(zhì)量含水率增加后，最初干燥粗糙的剪切界面隨水分的增加漸變光滑，過(guò)多的水分在垂直荷載的壓迫下在土粒間形成自由水，對(duì)剪切界面起潤(rùn)滑作用，最終導(dǎo)致剪切面摩擦強(qiáng)度值減小[19]；在土壤體積質(zhì)量不變情況下，起初存在于剪切界面間較為松散的土壤顆粒因土壤質(zhì)量含水率的增加，土粒周圍增多的水分形成了水膜并附著于土粒周圍，致使土粒與水之間因結(jié)合水膜的存在而產(chǎn)生水交結(jié)作用增強(qiáng)剪切界面黏聚力[20-21]，隨著質(zhì)量含水率增加，土粒與水的接觸機(jī)會(huì)增大，促使結(jié)合水膜作用面積上升，提高黏聚力，當(dāng)土壤質(zhì)量含水率繼續(xù)增大后，土粒周圍結(jié)合水膜增厚，水交結(jié)作用減弱，過(guò)量的水分與土壤中部分有機(jī)物質(zhì)發(fā)生溶解水化，對(duì)剪切界面黏聚力產(chǎn)生削弱效果[22]。因此，土壤質(zhì)量含水率增長(zhǎng)的同時(shí)對(duì)剪切界面摩擦強(qiáng)度與黏聚力產(chǎn)生影響，最終影響到剪切界面抗剪強(qiáng)度。

剪切界面抗剪強(qiáng)度與黏聚力均隨土壤質(zhì)量含水率增加表現(xiàn)出先增后減的變化趨勢(shì)，且均在土壤質(zhì)量含水率為11.94%時(shí)到達(dá)峰值，這說(shuō)明在7.94%～15.94%的土壤質(zhì)量含水率范圍內(nèi)存在一個(gè)最優(yōu)土壤質(zhì)量含水率(w),使剪切界面的摩擦強(qiáng)度值與黏聚力值之和達(dá)到最大[3,21,23]，即剪切界面抗剪強(qiáng)度最大值。因此，根據(jù)表4分別取黑沙蒿根系較為豐富的淺土層(埋深72 cm左右，垂直荷載12.5 kPa)，且土壤含水率在3.94%～19.94%的抗剪強(qiáng)度值進(jìn)行函數(shù)擬合得到結(jié)果如表4。

求得表4函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，并算得其最優(yōu)質(zhì)量含水率如表5 。

表4 12.5 kPa垂直荷載下2種剪切界面抗剪強(qiáng)度隨土壤質(zhì)量含水率變化擬合函數(shù)Table 4 Simulation function of two types of shear interfaces with soil mass moisture content under a vertical load of 12.5 kPa

表5 擬合函數(shù)一階導(dǎo)數(shù)與最優(yōu)質(zhì)量含水率Table 5 First derivative of simulation function and the best mass moisture content

將根-土界面與土-土界面最優(yōu)質(zhì)量含水率帶入表4各自對(duì)應(yīng)擬合函數(shù)中求得最優(yōu)含質(zhì)量水率下土-土界與根-土面抗剪強(qiáng)度理論峰值分別為8.07 kPa、8.51 kPa，與試驗(yàn)結(jié)果土壤質(zhì)量含水率11.94%所對(duì)應(yīng)的土-土界與根-土面抗剪強(qiáng)度值8.17 kPa、8.54 kPa近似。這一結(jié)果與Zhou等[24]的研究結(jié)果相一致。

4 結(jié) 論

土壤質(zhì)量含水率從3.94%增至19.94%,根系埋深144 cm以內(nèi)的黑沙蒿與粉土質(zhì)砂根-土界面和土-土界面的摩擦系數(shù)隨土壤含水率增大而減小，2種界面的黏聚力、抗剪強(qiáng)度均先增大后減小，且在土壤質(zhì)量含水率為11.94%時(shí)達(dá)到峰值。隨著土壤質(zhì)量含水率增加，2種界面的黏聚力對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響大于摩擦系數(shù)。土壤含水率與土壤體積質(zhì)量不變情況下，在1～5 mm根徑范圍的黑沙蒿根-土界面抗剪強(qiáng)度與根徑呈二項(xiàng)式函數(shù)負(fù)相關(guān)，細(xì)根的抗剪強(qiáng)度大于粗根。