曹婷婷，葛磊

（陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西西安 710075）

邊坡土壤在自然降水、蒸發(fā)條件下常處于干濕交替狀態(tài)。土壤濕潤(rùn)時(shí)膨脹，干旱時(shí)收縮[1-2]，特別是對(duì)于膨脹性土壤而言，脹縮過程及其產(chǎn)生的危害性更加明顯。土壤中含有大量的蒙脫石、伊利石等粘粒礦物，會(huì)隨土壤中含水量的變化產(chǎn)生較大程度的收縮。因氣候原因?qū)е碌慕涤?、蒸發(fā)所引起的土壤中含水量的瞬時(shí)變化均會(huì)使土壤發(fā)生脹縮現(xiàn)象[3]。通過吸水，土壤濕度增高，體積膨脹并形成膨脹壓力；通過縮水，土壤因?yàn)槭畷?huì)在軸向和徑向方向進(jìn)行收縮，并隨著失水量的增加，土壤的收縮形變逐漸增強(qiáng)，最終會(huì)引起土體裂縫，且隨著失水量的逐漸增加，土體裂縫面積及裂縫長(zhǎng)度也會(huì)逐漸呈增大趨勢(shì)[4]。土壤的顯著膨脹現(xiàn)象對(duì)于土質(zhì)邊坡防護(hù)具有顯著影響，是土質(zhì)邊坡防治重點(diǎn)。

在土質(zhì)邊坡防治方面，土體通過吸水發(fā)生膨脹進(jìn)而強(qiáng)度下降；通過失水發(fā)生收縮，產(chǎn)生較大裂隙，反復(fù)的膨脹收縮會(huì)嚴(yán)重破壞土體結(jié)構(gòu)，使得土體結(jié)構(gòu)松散，并產(chǎn)生嚴(yán)重裂隙，從而為土體風(fēng)化、風(fēng)蝕創(chuàng)造了根本條件。因此在降雨時(shí)，會(huì)發(fā)生大面積的地質(zhì)滑坡現(xiàn)象，引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。在綠化工程中，土壤收縮會(huì)產(chǎn)生較大裂縫，可能會(huì)影響土體給予作物供水，使得植物根系產(chǎn)生機(jī)械撕裂，對(duì)綠化效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響[4]。除此之外，土壤裂縫會(huì)導(dǎo)致土壤水分運(yùn)移發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致隨土壤水分運(yùn)移的溶質(zhì)遷移也發(fā)生改變；更嚴(yán)重的是，因?yàn)榱严犊臻g會(huì)使得土壤中流在裂隙處產(chǎn)生優(yōu)先流，引起土體養(yǎng)分流失問題。受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境影響，這種存在于土體裂隙中的優(yōu)先流會(huì)造成地下水污染等一系列生態(tài)問題。因此，對(duì)于土體膨脹特性的研究是土地工程研究的熱點(diǎn)問題。

1 土壤脹縮特性研究進(jìn)展

土壤脹縮是土壤含水量等土壤性質(zhì)在外界環(huán)境條件下綜合作用的結(jié)果。國(guó)內(nèi)外對(duì)土壤的收縮特性進(jìn)行了大量研究，Stolte J等[5]研究表明42%的線膨脹系數(shù)與土體中粘粒含量有顯著相關(guān)性，且土體中裂縫寬度與粘粒含量有顯著相關(guān)性。Beven K等[6]研究表明，土體組分的礦物類型對(duì)土壤脹縮特性的作用顯著高于粘粒含量對(duì)土壤脹縮特性的影響，富含高嶺石或者云母的粗質(zhì)地類粘土線膨脹系數(shù)值小于0.03；但是對(duì)于主要構(gòu)成組分為蒙脫石粘土的土體，其線膨脹系數(shù)值范圍處于0.03～0.18。因此，土體的線膨脹系數(shù)數(shù)值很大程度上與蒙脫石含量相關(guān)。通過對(duì)黏土的粒級(jí)進(jìn)行分類，研究線膨脹系數(shù)數(shù)值與細(xì)黏土含量間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，兩者具有極強(qiáng)顯著性。鄭健等人[7]研究表明土壤的比表面積與線膨脹系數(shù)數(shù)值顯著相關(guān)。因此，對(duì)于土壤脹縮潛力的研究表明，土壤顆粒的比表面積與土壤組分及土壤中粘粒含量均有相關(guān)性。

2 植物根系保護(hù)效應(yīng)研究

植物護(hù)坡具有見效快、持效時(shí)間長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)、促進(jìn)生物多樣性等諸多方面的優(yōu)勢(shì)，已被逐漸廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外對(duì)于植物根系在穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤抗蝕性、增強(qiáng)土壤抗剪強(qiáng)度及增強(qiáng)土壤滲透性能等方向進(jìn)行了大量的研究。邢旭光等[8]對(duì)黃土高原的抗沖性成因、不同植物根系對(duì)邊坡防護(hù)的生物動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了全面研究，并重點(diǎn)關(guān)注了根系強(qiáng)化土壤抗沖性的有效性及其對(duì)土壤物理特性的影響。熊燕梅等[9]通過對(duì)草地植被恢復(fù)不同時(shí)期土壤抗蝕變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)根系對(duì)強(qiáng)化土壤抗沖性有網(wǎng)絡(luò)串連作用、根土粘結(jié)作用及根系生物化學(xué)作用3種方式。陳安強(qiáng)等[10]研究表明不同根系直徑及根系的橫向和縱向分布對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度有顯著影響，且土壤抗剪強(qiáng)度增量與根系生物量之間呈線性正比關(guān)系，根系抗拉強(qiáng)與土壤抗剪強(qiáng)度成正比。王云琦等[11]研究表明作物根系對(duì)土壤抗沖性能的影響主要是根據(jù)根系粘結(jié)土壤單粒的能力，同時(shí)根系也會(huì)將板結(jié)密實(shí)的土體分散開來，隨著根系的腐殖化過程，使得土體改善為具備良好團(tuán)聚結(jié)構(gòu)及孔隙狀況的優(yōu)良結(jié)構(gòu)。根系對(duì)土體抗沖性能的效果主要取決于有效根密度及根系在土體中的環(huán)繞情況，研究表明有效根密度是影響土壤抗沖特性的關(guān)鍵性因子。植物大量的根系（側(cè)根、須根）互相纏繞、盤根錯(cuò)節(jié)，在土體內(nèi)形成具有強(qiáng)大抗張強(qiáng)度的根網(wǎng)，使得根系周圍的土壤緊緊被根網(wǎng)包裹，根系與土壤成為一體。且植物深粗的垂直根系能夠扎入較深的土層中，使得根系淺層土壤受根系牽制力被其固定在土體深處較為穩(wěn)定的土層，對(duì)土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有較好的促進(jìn)作用。諸多研究表明植物根系對(duì)有效防治水土流失、治理邊坡表淺層滑坡、提高邊坡淺表層土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有著非常重要的意義。但目前眾多研究工作的目標(biāo)主要集中在根系對(duì)土壤抗蝕效果的影響方面，而植物根系對(duì)土壤脹縮特性的影響及影響機(jī)理研究仍屬空白領(lǐng)域。

3 結(jié)語(yǔ)

植物根系在土壤中的纏繞加筋作用對(duì)土壤脹縮過程存在一定的阻滯作用，而根系對(duì)于土壤脹縮特性的影響目前并未量化，且不同徑級(jí)細(xì)根對(duì)土壤脹縮的影響效果至今尚無定論。因此，可選擇不同護(hù)坡作物通過研究不同作物根系對(duì)土壤脹縮特性的影響，明確根系對(duì)土壤脹縮的阻滯機(jī)制，探究植物根系不同徑級(jí)對(duì)土壤脹縮特性的影響程度，揭示生物固坡護(hù)坡的科學(xué)機(jī)理，篩選出適于不同類型護(hù)坡工程的綠化植被，這對(duì)地質(zhì)條件相似地區(qū)的坡面裂隙防治具有重大的指導(dǎo)意義。