余冬梅, 祁兆鑫, 劉亞斌, 楊幼清, 李淑霞, 胡夏嵩,4, 付江濤,3

(1.中國科學(xué)院 青海鹽湖研究所, 鹽湖資源綜合高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810008;2.青海省鹽湖地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810008; 3.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 4.青海大學(xué), 西寧 810016)

鹽漬土為地球上分布較為廣泛的一種土壤類型，約占陸地總面積1/4[1]。西北內(nèi)陸區(qū)受干旱和半干旱氣候條件影響，地表徑流嚴(yán)重、淋濾作用微弱，低洼部分廣泛發(fā)育鹽生荒漠、鹽生草原，鹽堿湖泊廣布[2]。青海地區(qū)分布約為22 984 km2面積鹽漬土，且主要分布于柴達(dá)木盆地西部及西寧、平安河湟谷地湟水河南岸山前傾斜平原帶[3]。柴達(dá)木盆地農(nóng)荒地資源為29.80萬hm2，現(xiàn)有耕地面積僅為5.30萬hm2[4]。鹽漬土中易溶鹽分具有遇水溶解特性，使得鹽漬土密度、孔隙度等物理性質(zhì)及壓縮性、抗剪強(qiáng)度等力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)發(fā)生變化，致使鹽漬土強(qiáng)度顯著降低，且因鹽分溶解而產(chǎn)生諸如公路路面出現(xiàn)縱向和網(wǎng)狀裂縫，不均勻波浪起伏、隆起和沉陷，以及建筑物地基溶陷等現(xiàn)象[5-7]，其結(jié)果使得在鹽漬土地區(qū)開展基礎(chǔ)工程建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)過程中，受到地面沉降、邊坡變形以及因地表生長植物枯竭所造成土地等鹽漬化現(xiàn)象發(fā)生。諸多研究結(jié)果表明，采用生物措施防治可作為鹽堿地改良利用有效方法，鹽生植物在其生長過程中可實(shí)現(xiàn)有效減少地表蒸發(fā)，中和土壤堿性和改善土壤結(jié)構(gòu)，防治鹽分表聚和提高土壤肥力，其結(jié)果產(chǎn)生土壤生產(chǎn)力出現(xiàn)良性循環(huán)，達(dá)到有效改良鹽漬土的目的[3]。植物根系在根系—土體系統(tǒng)中起到完成兩者耦合作用的重要因子，根系不僅可改良土壤結(jié)構(gòu)性狀和促進(jìn)土粒的團(tuán)聚[8]，且根系在對土體穿插、纏繞、網(wǎng)格和固結(jié)過程中與土顆粒表面摩擦力，以及根系與土顆粒間的嵌入作用所產(chǎn)生的咬合力，均具有增加土體抗剪強(qiáng)度的作用[9]。有關(guān)植物根系在土體中作用的相關(guān)研究結(jié)果表明，根—土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度主要與土體類型、粒徑、密度、含水量、含鹽量、顆粒、礦物、應(yīng)力等相關(guān)因素有關(guān)[9]；植物根系增加的附加抗剪強(qiáng)度，則主要與根系類型、根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、根長密度、根表面積密度、根重密度、根面積比、根系抗拉特性、單根楊氏模量等根系特性有關(guān)[10]。

有關(guān)根—土復(fù)合體強(qiáng)度及其影響因素，國內(nèi)外學(xué)者開展了相關(guān)研究工作。Fu等[11]通過對西寧盆地檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom.)、霸王(ZygophyllumxanthoxylonBunge.)和白刺(NitrariatangutorumBobr.)3種灌木根系結(jié)構(gòu)特征研究結(jié)果表明，生長期由10個(gè)月增至17個(gè)月時(shí)，檸條錦雞兒和霸王根面積比(RAR)分別由48.32%增至210.25%，0.56%增至166.85%；檸條錦雞兒和霸王根—土復(fù)合體粘聚力c值增加12.41%～25.22%和3.45%～17.33%。張惠忍等[12]通過對生長期為1 a草本稗草(Echinochloacrusgalli(L.) Beauv.)和狗尾巴(Setariaviridis(L.) Beauv.)根—土復(fù)合體直剪試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)根重密度為5～10 kg/m3時(shí)，稗草根系可增強(qiáng)復(fù)合體抗剪強(qiáng)度為19.8%～39.5%，土體干密度和含水量對稗草根—土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度影響程度相對大于根重密度。Pirnazarov等[13]研究了生長于瑞典斯德哥爾摩(Stockholm)地區(qū)的PiceaabiesL.和PinussylvestrisL.兩種喬木植物根系對土體最大承載力的影響，結(jié)果表明隨著根—土復(fù)合體試樣中的根面積比(RAR)由0.03%增至0.21%，土體粘聚力則由0.91 kPa增加至1.53 kPa。

綜上所述，有關(guān)對植物根—土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度影響因素方面的相關(guān)研究，更多反映在對含水量、土體干密度、根面積比等這些因素，且主要按照單一因素探討其對增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度影響研究；相應(yīng)地，進(jìn)行影響因素綜合性分析和系統(tǒng)性評價(jià)方面尚需進(jìn)一步開展研究，尤其對青藏高原東北部高寒干旱環(huán)境下鹽漬土分布地區(qū)，有關(guān)鹽生植物根—土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度影響方面已有相關(guān)研究則相對更為有限。基于上述原因，本項(xiàng)研究較為系統(tǒng)地探討容重、含水量、根長密度(RLD)、根重密度(RWD)和根面積比(RAR)5種因素對鹽生植物根—土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度影響，以及復(fù)合體增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度的貢獻(xiàn)評價(jià)。該項(xiàng)研究結(jié)果對進(jìn)一步深入開展高寒干旱環(huán)境鹽生植物增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度，以及提高邊坡淺層土體穩(wěn)定性作用機(jī)理方面，均具有理論研究價(jià)值和實(shí)際意義。

1 研究區(qū)概況

尕斯庫勒鹽湖區(qū)位于柴達(dá)木盆地西北緣，其地理坐標(biāo)為東經(jīng)90°35′—91°07′，北緯37°57′—38°15′，面積約為800 km2，隸屬于青海海西蒙古族藏族自治州茫崖鎮(zhèn)。尕斯庫勒鹽湖區(qū)北緣有315國道，西北方向修筑簡易公路，區(qū)內(nèi)中部修建有花土溝至切克里克公路和采油區(qū)不同等級公路，區(qū)內(nèi)交通條件相對較方便[14]。尕斯庫勒鹽湖區(qū)及其周邊地區(qū)屬典型內(nèi)陸干旱氣候，具有氣候寒冷、降雨稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、日溫差大等特征[14]。該區(qū)年平均降水量為55.34 mm，降雨多集中在6—7月份，占全年降水量的60%以上；年蒸發(fā)量最高為2 856.93 mm，年蒸發(fā)量為降水量的51.6倍，蒸發(fā)主要發(fā)生在每年7—8月份，占全年蒸發(fā)量的57%；年平均氣溫為1.53℃，最高月平均氣溫為13.3℃(7—8月份)，最低月平均氣溫為-12.1℃(1月份)，日溫差最高為29～32℃[15]。研究區(qū)尕斯庫勒鹽湖系內(nèi)流型干旱封閉鹽湖，屬鹵水湖類型，主要以石鹽、芒硝沉積為主，鹵水水化學(xué)類型屬硫酸鎂亞型[16]。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

本研究篩選出適宜于柴達(dá)木盆地西北部尕斯庫勒鹽湖區(qū)及其周邊氣候條件下生長的蘆葦(PhragmitesaustralisTrin.)、海韭菜(TriglochinmaritimumLinn.)、無脈苔草(CarexenervisC. A. Mey.)、賴草(Leymussecalinus(Georgi) Tzvel.)和洽草(Koeleriacristata(L.) Pers.)5種優(yōu)勢鹽生植物。通過對區(qū)內(nèi)5種鹽生植物根系生長量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，海韭菜等4種植物其根系主要集中分布在地表以下0—30 cm深度，蘆葦根系為地表以下30 cm深度以上。因此，在野外制取根—土復(fù)合體原狀試樣時(shí)，采用剖面挖掘法整體制取直徑為40 cm，高為35 cm圓柱狀試樣，同時(shí)在區(qū)內(nèi)未生長植物區(qū)域制取相同尺寸不含根系素土圓柱狀試樣作為試驗(yàn)對照組；然后將根—土復(fù)合體和素土原狀試樣進(jìn)行切割和削邊移入內(nèi)徑為33 cm，髙為30 cm試樣盆內(nèi)，并用大號塑料袋將試樣盆密封，以有效防治試樣中水分散失并及時(shí)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室開展相關(guān)試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)方法

室內(nèi)制取5種鹽生植物根—土復(fù)合體原狀試樣方法為：對野外研究區(qū)所采集的根—土復(fù)合體原狀試樣，由地表向下依次劃分為0—10，10—20，20—30 cm 3個(gè)不同制樣深度層；然后將4個(gè)環(huán)刀(內(nèi)徑為6.18 cm，高為2 cm)輕扣于試樣表面且刃口朝下，輕敲環(huán)刀頂部，待環(huán)刀置入試樣3/4深度時(shí)，再用另一環(huán)刀疊置于該環(huán)刀上部，輕擊上部環(huán)刀，使底部環(huán)刀全部置于試樣中。待同一取樣層位4個(gè)環(huán)刀均置入原狀試樣土柱后，采用削土刀將環(huán)刀處含根層與下層分開，用削土刀削平環(huán)刀兩端，擦凈外壁即可得到制備完畢復(fù)合體原狀試樣；相應(yīng)地，不含根系素土試樣制取方法，按照采集根—土復(fù)合體原狀試樣方式制取。此外，在制取原狀環(huán)刀試樣同時(shí)，對5種植物在地表以下0—10，10—20，20—30 cm這3個(gè)層位同時(shí)制取一定質(zhì)量土體試樣置入鋁盒，以測定土體含水量，含水量采用烘干法測試[17]。此外，在室內(nèi)進(jìn)行直剪試驗(yàn)前，按環(huán)刀法[17]測定5種鹽生植物分別在地表以下3個(gè)不同深度層位的根—土復(fù)合體容重。

本項(xiàng)研究中，5種鹽生植物根—土復(fù)合體與素土試樣直剪試驗(yàn)，采用法向壓力分別為P1=50 kPa，P2=100 kPa，P3=200 kPa，P4=300 kPa共4級加載，剪切速率設(shè)定為2.4 r/min，并按《土工試驗(yàn)規(guī)程》[17]中規(guī)定步驟進(jìn)行直剪試驗(yàn)。待5種復(fù)合體剪切試驗(yàn)結(jié)束后，即從剪切盒中取出試樣，置于土工篩中用清水將復(fù)合體中的根系洗凈，且對根徑、根系數(shù)量和根長等生長量指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。本項(xiàng)研究中，有關(guān)根系特征參數(shù)根長密度(RLD)、根面積比(RAR)、根重密度(RWD)分別按如下公式計(jì)算。

根長密度(RLD)指的是單位體積土體所含根系長度，反映根系在土體中延伸、穿插、交織程度[18]，計(jì)算公式為[19]：

(1)

式中：RLD為根長密度(cm/cm3)；L為環(huán)刀內(nèi)根系總長度(cm)；V為環(huán)刀體積(cm3)；N為環(huán)刀內(nèi)第N根；ds為環(huán)刀內(nèi)徑(cm)，為6.18 cm；h為環(huán)刀高度(cm)，為2 cm。

根面積比(RAR)指的是在土體剪切面上根系總截面積所占比率[20]，計(jì)算公式為[21]：

(2)

式中：RAR為根面積比(%)；Ar為根—土復(fù)合體試樣橫截面上所有根系面積之和(mm2)；As為根—土復(fù)合體試樣的橫截面積(mm2)；di為單根平均根徑(mm)；ds為環(huán)刀內(nèi)徑(mm)，為61.8 mm；n為環(huán)刀內(nèi)的根系數(shù)量(根)。

根重密度(RWD)指的是單位土體里面根系干物質(zhì)總質(zhì)量，其大小反映根系吸收養(yǎng)分和水分的能力[22]，其大小對復(fù)合體抗剪強(qiáng)度有重要影響，計(jì)算公式為[23]：

(3)

式中：RWD為根重密度(mg/cm3)；ms為復(fù)合體內(nèi)所含干根質(zhì)量(mg)；V為復(fù)合體體積即環(huán)刀體積為60 cm3。

本項(xiàng)研究中，鑒于海韭菜、蘆葦其根系相對較粗，且在土體中多呈近似垂直分布狀態(tài)，故對這2種鹽生植物通過計(jì)算其根長密度和根面積比，作為制取根—土復(fù)合體試樣中根系分布定量依據(jù)；賴草、無脈苔草、洽草3種植物根系相對較為細(xì)小，且在土體中多呈水平或傾斜分布狀態(tài)，故對于這3種植物采用根長密度和根重密度作為根—土復(fù)合體試樣中根系分布定量依據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 鹽生植物根-土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度影響因素分析

研究區(qū)蘆葦、海韭菜等5種鹽生植物根—土復(fù)合體在其地表以下3個(gè)不同深度位置處，通過室內(nèi)直剪試驗(yàn)得到5種不同影響因素下復(fù)合體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果。由表1可知，隨著取樣深度增加5種鹽生植物其復(fù)合體容重呈逐漸增大的變化規(guī)律，即由1.42 g/cm3增加至1.76 g/cm3，5種鹽生植物根—土復(fù)合體粘聚力c值則表現(xiàn)出逐漸減小的變化特征，即由31.90 kPa降至14.70 kPa；地表以下3個(gè)不同位置處，復(fù)合體中土體含水量呈逐漸增加的變化規(guī)律，表現(xiàn)為由22.32 %增至28.56 %；相應(yīng)地，5種鹽生植物的內(nèi)摩擦角φ值則隨著距離地表采樣深度增加，未表現(xiàn)出顯著的變化規(guī)律。

區(qū)內(nèi)5種鹽生植物根長密度均隨距離地表取樣位置深度的增加，表現(xiàn)出呈顯著減小變化趨勢，即在地表以下0—10 cm深度位置處，其根長密度顯著大于地表以下10—20，20—30 cm兩處深度位置，蘆葦、海韭菜、無脈苔草、賴草和洽草5種鹽生植物在地表以下0—10 cm深度位置，其根長密度分別為地表以下10—20 cm位置處的1.74，1.76，1.25，1.45，1.35倍；同時(shí)，5種鹽生植物地表以下0—10 cm深度位置，其根長密度分別為地表以下20—30 cm深度位置的2.39，3.19，1.67，2.12，2.18倍。區(qū)內(nèi)無脈苔草、賴草和洽草3種鹽生植物其根重密度均隨距離地表深度位置的增加呈減小變化趨勢，表現(xiàn)為在地表以下0—10 cm深度位置處其根重密度分別為地表以下10—20 cm深度位置處土層的1.83，3.07，2.26倍；為地表以下20—30 cm深度土層的2.19，6.09，3.98倍；地表以下0—10 cm深度位置處根重密度顯著大于地表以下10—20 cm和20—30 cm深度位置處。區(qū)內(nèi)蘆葦和海韭菜2種鹽生植物，其根面積比均隨距離地表深度位置增加呈逐漸減小的變化規(guī)律，且在地表以下0—10 cm深度位置處的根面積比，顯著大于地表以下10—20 cm和20—30 cm深度位置處，即蘆葦和海韭菜在地表以下0—10 cm深度，其根面積比分別為地表以下10—20 cm深度位置處的2.54倍和2.32倍，同時(shí)也分別為地表以下20—30 cm深度位置的4.86倍和3.906倍。

表1 研究區(qū)5種鹽生植物復(fù)合體原狀試樣抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)及其影響因素

注：“—”代表未發(fā)現(xiàn)，下表同。

3.2 5種鹽生植物復(fù)合體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)及其影響因素的回歸分析

由圖1可知，區(qū)內(nèi)蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體粘聚力c值與容重之間呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系，無脈苔草、賴草和洽草復(fù)合體粘聚力c值與容重呈線性關(guān)系；5種鹽生植物其復(fù)合體粘聚力c值與含水量均為線性關(guān)系，在地表以下3個(gè)不同深度位置時(shí)復(fù)合體隨著取樣深度增加，根—土復(fù)合體粘聚力c值均表現(xiàn)出呈逐漸降低變化趨勢；相應(yīng)地，容重和含水率則呈逐漸增加的變化趨勢。

區(qū)內(nèi)蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體粘聚力c值與根長密度之間呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系，無脈苔草、賴草和洽草根—土復(fù)合體粘聚力c值與根長密度呈線性關(guān)系，隨著根長密度增加，復(fù)合體粘聚力c值亦表現(xiàn)出呈增長趨勢，反映出地表以下0—10 cm深度位置處根長密度相對較大；相應(yīng)地，其復(fù)合體粘聚力c值亦表現(xiàn)出相對較大的變化特征，其主要?dú)w因于復(fù)合體粘聚力c值由土粒與土粒、土粒與根系間的粘聚力，以及由土粒的剪應(yīng)力傳遞至根系所引起的根系剪應(yīng)力或錨固力[20]，已有研究結(jié)果表明，根系表面存在的大量根毛現(xiàn)象起到增加根—土間的接觸，具有固結(jié)和纏繞周圍土體的作用[24]；同時(shí)因?yàn)橥馏w粘聚力大小取決于土體顆粒間的膠結(jié)作用，由根系分泌的高、低分子量分泌物可作為有機(jī)膠結(jié)劑，起到增加土體顆粒的結(jié)合程度作用[25]。因此根長密度愈大，根系分泌的有機(jī)膠結(jié)劑相應(yīng)愈多，則復(fù)合體粘聚力c值呈相應(yīng)愈大的變化趨勢。此外，根長密度與內(nèi)摩擦角φ值未表現(xiàn)出顯著性關(guān)系。

蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體粘聚力c值與根面積比之間均呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系，即表現(xiàn)為地表以下0—10 cm深度位置處，根面積比顯著大于地表以下10—20 cm和20—30 cm深度處；相應(yīng)地，蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體粘聚力c值亦相對較大，且前者根面積比顯著大于后者，故蘆葦復(fù)合體粘聚力c值亦大于海韭菜，即蘆葦在地表以下0—10，10—20，20—30 cm深度位置處，其根面積比為相同深度位置海韭菜根面積比的0.21，1.55，2.25倍，地表以下3個(gè)深度位置蘆葦根—土復(fù)合體粘聚力c值，較海韭菜分別增加9.54%，7.53%，3.15%。區(qū)內(nèi)盡管海韭菜根系數(shù)量相對多于蘆葦，但這種相對較粗根徑在一定程度反映出其在剪切面上的根系橫截面積亦相對較大，說明根面積比與根徑之間存在密切關(guān)系。其中較粗根徑蘆葦其根系與土體間的接觸面積相對增加，使得復(fù)合體試樣中根系與土體間的粘結(jié)力得以增加，其結(jié)果使試樣的橫向約束力及軸向應(yīng)力得到相應(yīng)程度地增強(qiáng)[26]，其結(jié)果使得復(fù)合體粘聚力c值表現(xiàn)出呈逐漸增大的變化規(guī)律。蘆葦和海韭菜的根面積比均隨距離地表以下取樣深度的增加，表現(xiàn)為呈冪函數(shù)遞減的關(guān)系(表2)。

圖1 研究區(qū)5種鹽生植物復(fù)合體粘聚力c值與影響因素之間的關(guān)系

區(qū)內(nèi)無脈苔草、賴草和洽草根—土復(fù)合體粘聚力c值與根重密度之間均呈顯著對數(shù)函數(shù)關(guān)系(表3)，即隨著根重密度增加，3種鹽生植物其根—土復(fù)合體粘聚力c值亦呈增長趨勢。表現(xiàn)在地表以下0—10 cm深度位置處，根重密度顯著大于地表以下10—20 cm和20—30 cm深度位置，相應(yīng)地，其復(fù)合體粘聚力c值亦相對較大，其主原要因在于3種草本根系主要集中分布在地表以下0—10 cm深度位置，隨著根系在土體試樣中體積增加，使得根系加筋作用顯著增大。

表2 研究區(qū)2種植物根-土復(fù)合體影響因素和復(fù)合體粘聚力c值的回歸關(guān)系結(jié)果

表3 研究區(qū)3種根-土復(fù)合體植物影響因素和復(fù)合體粘聚力c值的回歸關(guān)系結(jié)果

4 鹽生植物根-土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度影響因素貢獻(xiàn)評價(jià)

4.1 灰色關(guān)聯(lián)分析評價(jià)法

植物根—土復(fù)合體的抗剪強(qiáng)度作為表征土體和根系力學(xué)性質(zhì)主要指標(biāo)，其大小直接反映復(fù)合體在外力作用下發(fā)生剪切變形的難易程度[27]。在不同環(huán)境中生長的鹽生植物，其根—土復(fù)合體結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)強(qiáng)度特性存在差異，這種結(jié)構(gòu)差異性使得同種植物以及不同植物復(fù)合體試樣抗剪強(qiáng)度均存在顯著差異，故植物根—土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度的差異為土體和根系特性的綜合表現(xiàn)，因此對復(fù)合體抗剪強(qiáng)度評價(jià)應(yīng)體現(xiàn)出反映多因素的系統(tǒng)觀點(diǎn)[28]。影響植物根—土復(fù)合體原狀試樣抗剪強(qiáng)度因素較多，本項(xiàng)研究采用灰色關(guān)聯(lián)分析法[29]，分析容重、含水量、根長密度(RLD)、根重密度(RWD)和根面積比(RAR)5種因素與抗剪強(qiáng)度之間的相關(guān)程度?；疑P(guān)聯(lián)分析[29]作為灰色系統(tǒng)理論組成部分，它可對灰色系統(tǒng)中主參考因子與相關(guān)比較因子的關(guān)系密切程度進(jìn)行定量描述和比較，表現(xiàn)為關(guān)聯(lián)度愈大，表明比較因子與參考因子的相關(guān)性愈強(qiáng)。

本項(xiàng)研究所采用的灰色關(guān)聯(lián)分析的步驟和關(guān)聯(lián)度的計(jì)算[30]5種鹽生植物根—土復(fù)合體粘聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值與容重、含水量、根長密度(RLD)、根重密度(RWD)和根面積比(RAR)5種指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度系數(shù)。

(k=1,2,…,n；i=0,1,2,…,m)

(4)

(5)

4.2 5種鹽生植物根-土復(fù)合體抗剪強(qiáng)度影響因素貢獻(xiàn)評價(jià)結(jié)果

由表4可見，區(qū)內(nèi)根系呈垂直分布形式的蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體粘聚力c值與影響因素之間的關(guān)聯(lián)度由大至小依次為：容重為0.740，含水量為0.698，根長密度為0.655，根面積比為0.631；根系呈水平或傾斜狀分布的無脈苔草、賴草和洽草的根—土復(fù)合體粘聚力c值與影響因素間的關(guān)聯(lián)度由大至小則依次為：容重為0.740，含水量為0.698，根重密度為0.692，根長密度為0.655。

灰色關(guān)聯(lián)度法相關(guān)研究結(jié)果表明灰色關(guān)聯(lián)度愈大，比較數(shù)列對參考數(shù)列的影響就愈大[31]。由表1可知，區(qū)內(nèi)5種植物根—土復(fù)合體中，蘆葦在地表以下0—30 cm深度位置處容重相對較大，其復(fù)合體粘聚力c值亦表現(xiàn)出相對較大，即在地表以下0—30 cm深度位置處容重由大至小依次為：蘆葦為1.70 g/cm3，海韭菜為1.56 g/cm3，無脈苔草為1.55 g/cm3，賴草為1.51 g/cm3，洽草為1.46 g/cm3；相應(yīng)地，復(fù)合體粘聚力c值由大至小則依次為：蘆葦為26.93 kPa，海韭菜為24.8 kPa，無脈苔草為24.1 kPa，賴草為21.8 kPa，洽草為16.86 kPa，同時(shí)，由表4可知，5種鹽生植物復(fù)合體容重對其粘聚力c值的影響程度相對較為顯著，其次，根重密度對5種鹽生植物復(fù)合體粘聚力c值的影響程度，相對顯著于根長密度和根面積比。

表4 5種植物根-土復(fù)合體粘聚力c值與影響因素間灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果

由表5可見，根系呈垂直分布的蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體內(nèi)摩擦角φ值與影響因素間的灰色關(guān)聯(lián)度由大至小依次為：容重為0.879，含水量為0.849，根面積比為0.569，根長密度為0.519；根系呈水平或傾斜狀分布的無脈苔草、賴草和洽草根—土復(fù)合體內(nèi)摩擦角φ。值與影響因素間的關(guān)聯(lián)度由大至小依次為：容重為0.879，含水量為0.849，根重密度為0.609，根長密度為0.519。由上述結(jié)果可知，區(qū)內(nèi)5種鹽生植物其復(fù)合體容重對其內(nèi)摩擦角φ值的影響程度相對較為顯著；此外，根系呈近似垂直分布的蘆葦和海韭菜復(fù)合體，其根面積比對內(nèi)摩擦角φ值的影響程度相對顯著于根長密度；根系呈水平或傾斜狀分布的無脈苔草、賴草和洽草復(fù)合體，其根重密度對內(nèi)摩擦角φ值影響程度則顯著于根長密度。

表5 5種植物根-土復(fù)合體內(nèi)摩擦角φ值與影響因素間灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果

綜上所述，區(qū)內(nèi)蘆葦、海韭菜等5種鹽生植物根—土復(fù)合體，其容重對其粘聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值的影響程度均較為顯著，且根重密度對復(fù)合體粘聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值的影響程度亦較為顯著。另外，與本項(xiàng)研究所得到的結(jié)果相類似的研究結(jié)果表現(xiàn)在：張曉明等[28]通過運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法，對重慶縉云山混合林、闊葉林、楠竹林、灌木林和農(nóng)耕地5種典型植被原狀復(fù)合體試樣抗剪強(qiáng)度影響因素分析結(jié)果表明，對復(fù)合體粘聚力c值影響因素由大至小依次為：干密度、小于0.001 mm黏粒含量、不均勻系數(shù)Cu、根密度、天然含水量、有機(jī)質(zhì)含量；內(nèi)摩擦角φ值的影響由大至小則依次為不均勻系數(shù)Cu、小于0.001 mm黏粒含量、天然含水量、干密度、有機(jī)質(zhì)含量、根密度。李想等[32]采用灰色關(guān)聯(lián)法分析了沈陽天柱山針闊混交林、灌木林、園地、坡耕地、荒地5種不同類型的試驗(yàn)樣地，測得土壤抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、容重、含水率、干密度、總孔隙度、土壤團(tuán)聚體MWD值、粉/黏粒值，采用灰色關(guān)聯(lián)法分析了影響土壤抗剪強(qiáng)度的主要因素，其結(jié)果表明影響復(fù)合體粘聚力c值與復(fù)合體容重之間的關(guān)聯(lián)度相對較為顯著。

4.3 5種鹽生植物根系增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度效應(yīng)

圖2為區(qū)內(nèi)蘆葦、海韭菜等5種鹽生植物根—土復(fù)合體和素土試樣的粘聚力c值和內(nèi)摩擦角φ值，分別在地表以下0—10，10—20，20—30 cm深度位置處的試驗(yàn)結(jié)果。由圖2可知，5種植物根—土復(fù)合體試樣在地表以下3個(gè)不同深度處粘聚力c值均顯著高于素土粘聚力c值，而內(nèi)摩擦角φ值未表現(xiàn)出明顯變化規(guī)律。5種鹽生植物粘聚力c值具體表現(xiàn)為：海韭菜、蘆葦、無脈苔草、賴草和洽草根—土復(fù)合體試樣，在地表以下0—10，10—20，20—30 cm深度位置處，相對于素土其粘聚力c值的增加幅度分別為153.11%，122.91%，84.72%，183.30%，143.34%，90.94%，154.00%，111.37%，76.73%，112.26%，93.61%，74.96%，67.85%，50.89%，30.55%，而內(nèi)摩擦角φ值變化相對不顯著，這表明區(qū)內(nèi)蘆葦、海韭菜等5種植物其根系對內(nèi)摩擦角φ值影響程度不顯著，這種復(fù)合體能顯著提高土體粘聚力c值且能增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度，其主要?dú)w因于根系彈性模量大于土體彈性模量，且根系抗拉強(qiáng)度大于土體，即當(dāng)土體發(fā)生剪切變形時(shí)，根系和土體共同組成的整體具有共同抵抗剪切變形作用，因此根系存在能起到有效增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度作用[33]。

與此同時(shí)，由圖2可知，5種鹽生植物中蘆葦根系增強(qiáng)土體粘聚力c值作用相對較為顯著，其次由大至小依次為海韭菜、蘆葦、無脈苔草、賴草、洽草，5種植物復(fù)合體粘聚力c值較素土平均提高139.19%，120.25%，114.03%，93.61%，49.76%。上述5種植物根系對土體粘聚力增強(qiáng)作用存在差異主要原因在于：蘆葦和海韭菜根系在土體中呈近似垂直狀分布，故在試樣中根系多數(shù)穿過剪切面，即當(dāng)復(fù)合體發(fā)生剪切變形時(shí)，試樣中根系基本均能起到抵抗剪切變形作用，而無脈苔草、賴草和洽草其根系在土體中則呈水平或傾斜狀分布，且根系未表現(xiàn)出全部橫穿過剪切面，使得試樣中根系加筋作用未得到完全發(fā)揮出來。

注：橫坐標(biāo)1，2，3，4，5分別表示海韭菜、蘆葦、無脈苔草、賴草和洽草5種鹽生植物根—土復(fù)合體；①，②，③分別代表5種鹽生植物根—土復(fù)合體地表以下0—10，10—20，20—30 cm 3個(gè)取樣深度位置。

圖2 研究區(qū)5種鹽生植物根-土復(fù)合體和素土試樣抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與取樣深度之間關(guān)系

5 結(jié) 論

(1) 區(qū)內(nèi)蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體粘聚力c值與4種影響因素間的灰色關(guān)聯(lián)度由大至小依次為：容重、含水量、根長密度(RLD)、根面積比(RAR)；相應(yīng)地，復(fù)合體其內(nèi)摩擦角φ值與影響因素間的關(guān)聯(lián)度由大至小依次為：容重、含水量、根面積比(RAR)、根長密度(RLD)。無脈苔草、賴草和洽草根—土復(fù)合體粘聚力c值、內(nèi)摩擦角φ值與4種影響因素間的灰色關(guān)聯(lián)度由大至小依次為：容重、含水量、根重密度(RWD)、根長密度(RLD)，由灰色關(guān)聯(lián)度法分析結(jié)果表明，5種鹽生植物復(fù)合體容重、含水量和根—土復(fù)合體的粘聚力c值、內(nèi)摩擦角φ值相關(guān)性均較好。

(2) 隨著取樣位置深度由地表以下0—10 cm增至20—30 cm深度，蘆葦和海韭菜根—土復(fù)合體粘聚力c值與根長密度(RLD)和根面積比(RAR)均呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系；無脈苔草、賴草和洽草根—土復(fù)合體粘聚力c值與根長密度呈顯著線性關(guān)系，且與根重密度均呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系；隨著取樣深度由地表以下0—10 cm增至20—30 cm深度時(shí)，5種鹽生植物復(fù)合體容重和土體含水量呈逐漸增大趨勢，其粘聚力c值呈逐漸減小的變化規(guī)律，而內(nèi)摩擦角φ值則未表現(xiàn)出顯著變化規(guī)律。

(3) 5種鹽生植物根系均能顯著提高土體粘聚力c值，且顯著大于不含根系素土抗剪強(qiáng)度，從而起到有效增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度作用；5種鹽生植物的內(nèi)摩擦角φ值的影響未表現(xiàn)出顯著性，其中蘆葦根系增強(qiáng)土體粘聚力作用相對較為顯著，其次依次為海韭菜、無脈苔草、賴草和洽草，復(fù)合體粘聚力c值較素土平均提高為139.19%，120.25%，114.03%，93.61%，49.76%。