外力作用下4種植物根系易損部位的研究

李有芳，劉 靜* ，張 欣，李雪松，姚喜軍，王晨嘉，蘇 禹

(1.內蒙古農業大學沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010019； 2.水利部牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010010;3.內蒙古自治區土地調查規劃院，內蒙古 呼和浩特 021000)

外力作用下4種植物根系易損部位的研究

李有芳1，劉 靜1*，張 欣2，李雪松1，姚喜軍3，王晨嘉1，蘇 禹1

(1.內蒙古農業大學沙漠治理學院，內蒙古 呼和浩特 010019； 2.水利部牧區水利科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010010;3.內蒙古自治區土地調查規劃院，內蒙古 呼和浩特 021000)

側根分支處；相鄰直根；抗拉力；抗折力

1 材料與方法

1.1 試驗材料采集

1.2 試驗根的選取與制備

圖1所示：直根總長為5 cm，其中，陰影部分為夾具夾持部位，兩夾具間即受力段為3 cm,夾具兩端各1 cm。從直根中點向兩端每隔5 mm做一標記點并測量該標記點的直徑。標記點每隔180°測量一次，取平均值作為該直根的平均直徑。

圖2所示：以側根分支處為中點，沿上級直根段的軸向總長同為5 cm，其中，陰影部分為夾具夾持部位，兩夾具間距離3 cm，夾具兩端各1 cm。由于側根分支處根徑橫截面不一定呈規則圓形，因此，對其每隔120°測量1次直徑，取3次直徑平均值作為側根分支處直徑。

A: 相鄰上級直根Adjacent upper straight root; B: 受力段forced part; C: 側根分支處Lateral root branch; D: 上級根Upper root; E: 下級根Lower root.圖1 相鄰直根段示意圖Fig.1 Adjacent upper straight roots in test roots圖2 側根分支段示意圖Fig.2 Lateral root branch in test roots

1.2.2 抗折試驗根的選取與制備 抗折試驗根的選取與制備方法同抗拉試驗，其中，帶有側根分支處的試驗根與相鄰直根段總長均8 cm，2種根受力段均為4 cm，夾具兩端各2 cm。從試驗根的中點(側根分支段的中點為側根分支處)向兩端每隔1 cm做標記并測量標記點的直徑，標記點的測量方法同抗拉試驗。

1.3 抗拉力和抗折力的測定

抗拉力和抗折力均由TY8000伺服控制材料試驗機進行測定，加載速度均為500 mm·min-1。抗拉力測定時將試驗根的上下兩端分別垂直固定在試驗機的上下夾具內，其中，側根分支處根段的上級根固定在試驗機的上夾具內，2根下級根分別用3點固定式夾具夾持并調整夾具的角度以確保每一下級根軸向受力，啟動試驗機，對根系施加軸向拉力，直至根被拉斷?？拐墼囼炇怪备仕綘顟B，用自制夾具將直根兩端固定，施力點位于直根受力段中點的上方(圖1)，帶有側根分支處的試驗根使側根分支處位于受力段的中點，用自制夾具水平固定側根分支段的上級根和兩根下級根，在側根分支處施加垂直于根軸線的點壓力(圖2)。極限抗拉力和抗折力由電腦自動記錄。本試驗中抗折強度為破壞處單位根橫截面積上的抗折力。

抗拉強度、抗折強度計算公式：

P= 4F/πD2

式中：P—抗拉強度、抗折強度(MPa)；F—抗拉力、抗折力(N)；D—斷裂處直徑(mm)。

1.4 數據處理

采用Excel 2007和SAS 9.0軟件處理數據。

2 結果與分析

2.1 4種植物側根分支處和相鄰直根抗拉特性的差異

A: 相鄰直根抗拉力Anti-tension force of adjacent upper straight root; B: 側根分支處抗拉力Anti-tension force of lateral root branch; C: 相鄰直根抗拉強度Anti-tension strength of adjacent upper straight root; D: 側根分支處抗拉強度Anti-tension strength of lateral root branch. Ⅰ: 檸條Caragana korshinskii; Ⅱ: 沙柳Salix psammophila; Ⅲ: 沙棘Hippophae rhamnoides; Ⅳ: 白沙蒿Artemisia sphaerocephala;下同The same below.圖3 4種植物側根分支處、相鄰直根的抗拉力和抗拉強度Fig.3 Anti-tension force and anti- tension strength between lateral root branches and adjacent upper straight roots in four plants

2.2 4種植物側根分支處和相鄰直根抗折特性的差異

A: 相鄰直根抗折力 Anti-fracture force of adjacent upper straight root; B: 側根分支處抗折力 Anti-fracture force of lateral root branch; C: 相鄰直根抗折強度 Anti-fracture strength of adjacent upper straight root ; D: 側根分支處抗折強度 Anti-fracture strength of lateral root branch.圖4 4種植物側根分支處、相鄰直根的抗折力和抗折強度Fig.4 Anti- fracture force and anti- fracture strength between lateral root branches and adjacent upper straight roots in four plants.

3 討論

4 結論

造成垂直根模型(WWM)和纖維束模型(FBM)預測值偏高的原因應補充兩點：①模型根系全部計入直根的抗拉力，忽略了側根分支處，而側根分支處是根系固土的薄弱點。②模型假設根土復合體發生剪切時，所有根系只在軸向方向受拉,而實際在土體被剪切時，根可能承受軸向拉力，也可能承受徑向折力。不同植物種，單根抵抗拉力和折力的特性不同，對于單根抗折強度小于抗拉強度的植物，模型必然高估根系的實際固土能力。

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(責任編輯：詹春梅)

Study on the Vulnerability of the Roots of Four Species under External Forces

LIYou-fang1,LIUJing1,ZHANGXin2,LIXue-song1,YAOXi-jun3,WANGChen-jia1,SUYu1

(1.Desert Science and Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, Inner Mongolia, China; 2.Institute of Water Resources for Pasturing Area of the Ministry of Water Resources, Hohhot 010010, Inner Mongolia, China; 3.Land Surveying and Planning Institute of Inner Mongolia, Hohhot 010010, Inner Mongolia, China)

lateral root branch; adjacent straight root; anti-tension force; anti-fracture force

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.01.009

2016-02-01

國家自然科學基金項目(51364034)

李有芳(1990—)，女，碩士研究生，主要研究方向：水土保持與荒漠化防治.電話：18747115838 E-mail: lyfyzd123@163.com
* 通訊作者：劉 靜，女，博士，教授，主要研究方向：水土保持與荒漠化防治.電話：13404803349 E-mail: ljing58@126.com

S157.2

A

1001-1498(2017)01-0063-06