晋西黄土区油松根系与土壤的摩擦力学特性研究

发布时间：2020-04-28 09:47

【摘要】：油松作为黄土高原主要造林树种在水土流失防治中起到积极的作用,而根系作为油松的支持器官在固土过程中起到了重要的作用。本研究使用北京林业大学自主研发的根系拉拔试验机,对晋西黄土区油松的单根和多分叉根进行室内根系拉拔试验,根系采样时间为2018年7月。本文主要探究单根和多分叉根在拉拔过程中的破坏模式,以及影响单根摩擦力学特性的因素,并使用单根摩擦力估算公式F=0.5pd(1+ω)gL2定量分析影响根系与土壤界面摩擦系数的因素;对比两次单根重复拉拔试验结果,并在此基础上研究影响多分叉根中的侧根固土能力因素。结果表明:(1)单根破坏模式有三种:被完全拔出破坏,被拔断破坏和表皮滑脱破坏。多分叉根破坏模式有四种:完全被拔出破坏、分叉侧根被拔断破坏、分叉侧根表皮滑脱破坏和分叉侧根劈裂破坏。(2)随着单根直径、埋置深度、加载速度、土体干密度增加,最大摩擦力也增加,而随着土壤含水率增加,最大摩擦力和初始摩擦力呈现先增大后减小趋势;单根直径、加载速度、土壤含水率和土体干密度对主峰值位移没有影响,但主峰值位移随着埋置深度的增加而增加;加载速度和土体干密度对初始摩擦力没有影响,但单根直径和埋置深度对初始摩擦力有一定的影响;(3)土体干密度提高,根土界面摩擦系数也提高,土体干密度从1.59 g/cm3到1.68 g/cm3,提高了 42.55%,从 1.68 g/cm3 到 1.78 g/cm3,提高了 33.74%;随着单根直径增加,根土界面摩擦系数会降低;随着埋置深度的增加,根土界面摩擦系数会降低,埋深从50mm到100mm,根土界面摩擦系数降低了 49.72%;埋深从100mm到150mm,降低了 33.16%。随着土壤含水率从13.18%增加到15.18%,再增加到17.18%,根土界面摩擦系数先增加后减小,增减率为+34.57%和-34.50%;随着加载速度的增加,根土界面系数先增大,到一定值后保持不变或略微下降。(4)单根重复两次拉拔的试验结果中,最大摩擦力和主峰值位移近似不变;两次初始摩擦力结果随着直径的增加,两者差别越来越大。侧根直径之和与侧根夹角之和对最大摩擦力之差影响很大,并表现出显著正相关关系;侧根直径之和,侧根夹角之和都对主峰值位移之差影响很小,没有明显规律性。对于一分叉根和二分叉根而言,侧根夹角之和对最大摩擦力之差的影响大于侧根直径之和对其的影响,但对于三分叉根而言,侧根直径之和对最大摩擦力之差的影响大于侧根夹角之和对其的影响。研究得出的单根和多分叉根的破坏模式以及影响根系摩擦力学特性因素加深了对黄土高原地区油松根系固土机制的了解,为油松植被恢复工程建设提供理论依据。
【图文】：

吉县,位置图

２研究内容和研究方法逡逑２．１研咒区概况逡逑研究区域为山西省吉县蔡家川流域（图２．１、图２．２），地势东高西低，是典型的逡逑黄土高原残塬沟壑区。其区域地理位置为３６°１４＾３６°１９＇Ｎ，邋１１０°４０＇？１１０°４ＫＥ，海拔逡逑为８５０？１，５５０ｍ。该地区的气候为暖温带大陆性气候，年平均气温在９．５邋°Ｃ￣１０．６邋°Ｃ，逡逑无霜期平均为１７１邋ｄ，年平均日照时数为２，５６４邋ｈ。多年记录的年平均降水量为５８０邋ｍｍ，逡逑降雨季节分配不均匀，全年降雨主要集中于６？１０月，约占全年总降水量的７５％，年逡逑平均蒸发量约为１，７４０邋ｍｍ，远大于年平均降雨量。多年平均风速为２．１邋ｍ／ｓ，且多以逡逑偏南风和南风为主。该地主要的自然灾害以干旱，沙尘暴，山体滑坡为主。研究区域逡逑内主要的土壤为碳酸盐褐土，黄土母质，土层深厚，土壤质地主要为粉砂质壤土，，土逡逑质均匀

技术路线图,黄土母质,吉县,川流

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