黄茅单根抗拉力与抗拉强度实验研究
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摘 要 以昆明学院校内观物山顶生长分布较多的黄茅的根系为研究对象，取样后在实验室内采用缓慢施加荷载的方法进行实验研究，探索单根抗拉承载力与直径之间的关系。结果表明：黄茅根直径主要分布在 0.22～0.54 mm，单根抗拉极限力主要分布在10.3～24.3 N，抗拉强度主要分布在77.6～219.6 MPa。根的直径与根的抗拉极限力之间的关系为对数函数正相关关系，与抗拉强度之间的关系为乘幂函数负相关关系，相关系数均达极显著水平。
关键词 黄茅;根系;抗拉力;抗拉强度
中图分类号：Q947.6 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.13.007
随着植物护坡技术的不断发展，植物根系固土护坡效果已引起了学术界和工程界的广泛重视。其中，植物根系是植物直接与土壤接触的器官，不仅支撑了植物体，还固持了土体，作为重要的载体起着关键作用[1-2]。植物根系固土能力是植物措施充分发挥的基础，而根系的力學特性又是反映其固土能力的重要指标，在根系固土力学性能的研究领域，单根抗拉特性是根系固土力学性能的主要指标之一，在一定程度上可由单根的抗拉力（单根轴向极限抗拉力）和抗拉强度（单根极限抗拉强度）来反映单根抗拉特性[2]。截至目前，国内外学者对植物单根抗拉力和抗拉强度已经做过大量的研究，如：周跃等对西南地区的松属侧根抗拉力的研究表明，根系抗拉力与其直径呈正相关关系[3];杨永红等对苦刺、车桑子、合欢、桉树根系的研究表明，抗拉强度与直径呈幂函数负相关关系[4];田佳等对高羊茅、多年生黑麦草等草本植物根系力学特性的研究表明，根的抗拉强度与直径呈正相关关系[5]。现有研究表明，不同植物的生物学性质不同，导致其生物力学特性不同，根系的抗拉力、抗拉强度也不同，随根直径变化的趋势也不同[2]。因此，有必要对不同地区内的主要植物进行研究。本文以昆明学院校内观物山顶生长分布较多的黄茅为对象进行研究，在实验区内取样带回实验室进行单根抗拉实验，模拟黄茅根在土壤中被拉断时的情况，研究根的抗拉力和抗拉强度。
1 材料与方法
1.1 实验区概况
黄茅（Heteropogon contortus），多年生丛生草本植物，杆高20～100 cm，生长在海拔400～2 300 m的山坡草地，尤其以干热草坡特盛，对干旱、贫瘠的土壤有一定的耐受性，根系发达。本次实验所选区域为昆明学院观物山，位于云南省昆明市，属于北纬低纬度亚热带高原山地季风气候，年平均气温为15 ℃，年平均降水量为1 035 mm，降水主要集中在5—10月，约占全年的85%。选材区域是山顶的一片坡度约为50°的边坡，土壤以红黏土为主。区域内黄茅生长状况良好，适合作为本次实验研究的材料。
1.2 取样及样本处理方法
选择生长状况较好的黄茅，用锄头挖开周围覆土，然后小心从土壤中取出黄茅根系以保证其完整。为保证黄茅根系的形态与其原有生长形态的一致性，防止由于外部因素（如水分蒸发等）影响，将取出的整株黄茅立即密封保存并避免样本受到阳光的直射，带回实验室进行室内实验。在实验室内，将带回的草样根系部分置于自来水下以细小水流冲洗，去除根系间的土壤及杂质，清理干净后放置晾干至根系水分与取出时水分相当为止。然后选出根系生长状况最具代表性的黄茅植株作为最终的研究对象。
1.3 根系参数测定分析
2 结果与分析
实验过程中记录的单根抗拉力F、断面直径D及计算的抗拉强度数据见表1，由表可得：黄茅单根抗拉力主要集中分布在10.3～24.3 N，占样本总数的78%;断面直径主要集中分布在0.22～0.54 mm，占样本总数的81%;抗拉强度主要集中分布在77.6～219.6 MPa，占样本总数的66.2%。
3 小结
在黄茅单根抗拉实验条件下，得到的数据指标为：黄茅根直径主要分布在 0.22～0.54 mm，单根抗拉极限力主要分布在10.3～24.3 N，抗拉强度主要分布在77.6～219.6 MPa。根的直径与根的抗拉极限力之间的关系为对数函数正相关关系，与抗拉强度之间的关系为乘幂函数负相关关系，经方程式检验，相关系数均达极显著水平。
参考文献：
[1] 陆桂红，杨顺，王钧，等.植物根系固土力学机理的研究进展[J].南京林业大学学报（自然科学版），2014，38（2）：151-156.
[2] 苑淑娟，牛国权，刘静，等.瞬时拉力下两个生长期4种植物单根抗拉力与抗拉强度的研究.水土保持通报，2009，29（5）：21-25.
[3] 周跃，张军，骆华松，等.松属、青冈属乔木侧根的强度在防护林固土护坡作用中的意义[J].植物生态学报，2001，25（1）：105-109.
[4] 杨永红.东川砾石土地区植被固土机理研究[D].成都：西南交通大学，2006.
[5] 田佳，刘耀辉.华北地区几种常用边坡绿化植物的根系力学特性研究[J].中国水土保持，2007（10）：34-36.
（责任编辑：丁志祥）
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