黃茅單根抗拉力與抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究

陳冬俊 何宗躍 嚴(yán)武 楊彬欣 劉政紅

摘 ? 要 ? 以昆明學(xué)院校內(nèi)觀物山頂生長(zhǎng)分布較多的黃茅的根系為研究對(duì)象，取樣后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用緩慢施加荷載的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，探索單根抗拉承載力與直徑之間的關(guān)系。結(jié)果表明：黃茅根直徑主要分布在 0.22～0.54 mm，單根抗拉極限力主要分布在10.3～24.3 N，抗拉強(qiáng)度主要分布在77.6～219.6 MPa。根的直徑與根的抗拉極限力之間的關(guān)系為對(duì)數(shù)函數(shù)正相關(guān)關(guān)系，與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系為乘冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均達(dá)極顯著水平。

關(guān)鍵詞 ? 黃茅;根系;抗拉力;抗拉強(qiáng)度

中圖分類(lèi)號(hào)：Q947.6 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.13.007

隨著植物護(hù)坡技術(shù)的不斷發(fā)展，植物根系固土護(hù)坡效果已引起了學(xué)術(shù)界和工程界的廣泛重視。其中，植物根系是植物直接與土壤接觸的器官，不僅支撐了植物體，還固持了土體，作為重要的載體起著關(guān)鍵作用[1-2]。植物根系固土能力是植物措施充分發(fā)揮的基礎(chǔ)，而根系的力學(xué)特性又是反映其固土能力的重要指標(biāo)，在根系固土力學(xué)性能的研究領(lǐng)域，單根抗拉特性是根系固土力學(xué)性能的主要指標(biāo)之一，在一定程度上可由單根的抗拉力（單根軸向極限抗拉力）和抗拉強(qiáng)度（單根極限抗拉強(qiáng)度）來(lái)反映單根抗拉特性[2]。截至目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)植物單根抗拉力和抗拉強(qiáng)度已經(jīng)做過(guò)大量的研究，如：周躍等對(duì)西南地區(qū)的松屬側(cè)根抗拉力的研究表明，根系抗拉力與其直徑呈正相關(guān)關(guān)系[3];楊永紅等對(duì)苦刺、車(chē)桑子、合歡、桉樹(shù)根系的研究表明，抗拉強(qiáng)度與直徑呈冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系[4];田佳等對(duì)高羊茅、多年生黑麥草等草本植物根系力學(xué)特性的研究表明，根的抗拉強(qiáng)度與直徑呈正相關(guān)關(guān)系[5]?，F(xiàn)有研究表明，不同植物的生物學(xué)性質(zhì)不同，導(dǎo)致其生物力學(xué)特性不同，根系的抗拉力、抗拉強(qiáng)度也不同，隨根直徑變化的趨勢(shì)也不同[2]。因此，有必要對(duì)不同地區(qū)內(nèi)的主要植物進(jìn)行研究。本文以昆明學(xué)院校內(nèi)觀物山頂生長(zhǎng)分布較多的黃茅為對(duì)象進(jìn)行研究，在實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)取樣帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行單根抗拉實(shí)驗(yàn)，模擬黃茅根在土壤中被拉斷時(shí)的情況，研究根的抗拉力和抗拉強(qiáng)度。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

黃茅（Heteropogon contortus），多年生叢生草本植物，桿高20～100 cm，生長(zhǎng)在海拔400～2 300 m的山坡草地，尤其以干熱草坡特盛，對(duì)干旱、貧瘠的土壤有一定的耐受性，根系發(fā)達(dá)。本次實(shí)驗(yàn)所選區(qū)域?yàn)槔ッ鲗W(xué)院觀物山，位于云南省昆明市，屬于北緯低緯度亞熱帶高原山地季風(fēng)氣候，年平均氣溫為15 ℃，年平均降水量為1 035 mm，降水主要集中在5—10月，約占全年的85%。選材區(qū)域是山頂?shù)囊黄露燃s為50°的邊坡，土壤以紅黏土為主。區(qū)域內(nèi)黃茅生長(zhǎng)狀況良好，適合作為本次實(shí)驗(yàn)研究的材料。

1.2 取樣及樣本處理方法

選擇生長(zhǎng)狀況較好的黃茅，用鋤頭挖開(kāi)周?chē)餐粒缓笮⌒膹耐寥乐腥〕鳇S茅根系以保證其完整。為保證黃茅根系的形態(tài)與其原有生長(zhǎng)形態(tài)的一致性，防止由于外部因素（如水分蒸發(fā)等）影響，將取出的整株黃茅立即密封保存并避免樣本受到陽(yáng)光的直射，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，將帶回的草樣根系部分置于自來(lái)水下以細(xì)小水流沖洗，去除根系間的土壤及雜質(zhì)，清理干凈后放置晾干至根系水分與取出時(shí)水分相當(dāng)為止。然后選出根系生長(zhǎng)狀況最具代表性的黃茅植株作為最終的研究對(duì)象。

1.3 根系參數(shù)測(cè)定分析

2 結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的單根抗拉力F、斷面直徑D及計(jì)算的抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，由表可得：黃茅單根抗拉力主要集中分布在10.3～24.3 N，占樣本總數(shù)的78%;斷面直徑主要集中分布在0.22～0.54 mm，占樣本總數(shù)的81%;抗拉強(qiáng)度主要集中分布在77.6～219.6 MPa，占樣本總數(shù)的66.2%。

3 小結(jié)

在黃茅單根抗拉實(shí)驗(yàn)條件下，得到的數(shù)據(jù)指標(biāo)為：黃茅根直徑主要分布在 0.22～0.54 mm，單根抗拉極限力主要分布在10.3～24.3 N，抗拉強(qiáng)度主要分布在77.6～219.6 MPa。根的直徑與根的抗拉極限力之間的關(guān)系為對(duì)數(shù)函數(shù)正相關(guān)關(guān)系，與抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系為乘冪函數(shù)負(fù)相關(guān)關(guān)系，經(jīng)方程式檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)均達(dá)極顯著水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸桂紅，楊順，王鈞，等.植物根系固土力學(xué)機(jī)理的研究進(jìn)展[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，38（2）：151-156.

[2] 苑淑娟，牛國(guó)權(quán)，劉靜，等.瞬時(shí)拉力下兩個(gè)生長(zhǎng)期4種植物單根抗拉力與抗拉強(qiáng)度的研究.水土保持通報(bào)，2009，29（5）：21-25.

[3] 周躍，張軍，駱華松，等.松屬、青岡屬喬木側(cè)根的強(qiáng)度在防護(hù)林固土護(hù)坡作用中的意義[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，25（1）：105-109.

[4] 楊永紅.東川礫石土地區(qū)植被固土機(jī)理研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

[5] 田佳，劉耀輝.華北地區(qū)幾種常用邊坡綠化植物的根系力學(xué)特性研究[J].中國(guó)水土保持，2007（10）：34-36.

（責(zé)任編輯：丁志祥）