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        黃茅單根抗拉力與抗拉強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)研究

        2019-07-05 13:58:02陳冬俊何宗躍嚴(yán)武楊彬欣劉政紅
        南方農(nóng)業(yè)·上旬 2019年5期
        關(guān)鍵詞:抗拉力根系

        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)來反映單根抗拉特性[2]。截至目前,國內(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、車桑子、合歡、桉樹根系的研究表明,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]。現(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

        選擇生長狀況較好的黃茅,用鋤頭挖開周圍覆土,然后小心從土壤中取出黃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)測定分析

        2 結(jié)果與分析

        實(shí)驗(yàn)過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,牛國權(quán),劉靜,等.瞬時(shí)拉力下兩個(gè)生長期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].中國水土保持,2007(10):34-36.

        (責(zé)任編輯:丁志祥)

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