黃茅單根抗拉力與抗拉強度實驗研究

陳冬俊 何宗躍 嚴武 楊彬欣 劉政紅

摘 ? 要 ? 以昆明學院校內觀物山頂生長分布較多的黃茅的根系為研究對象，取樣后在實驗室內采用緩慢施加荷載的方法進行實驗研究，探索單根抗拉承載力與直徑之間的關系。結果表明：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系為對數函數正相關關系，與抗拉強度之間的關系為乘冪函數負相關關系，相關系數均達極顯著水平。

關鍵詞 ? 黃茅;根系;抗拉力;抗拉強度

中圖分類號：Q947.6 ? ?文獻標志碼：A ? ?DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.13.007

隨著植物護坡技術的不斷發展，植物根系固土護坡效果已引起了學術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鍵作用[1-2]。植物根系固土能力是植物措施充分發揮的基礎，而根系的力學特性又是反映其固土能力的重要指標，在根系固土力學性能的研究領域，單根抗拉特性是根系固土力學性能的主要指標之一，在一定程度上可由單根的抗拉力（單根軸向極限抗拉力）和抗拉強度（單根極限抗拉強度）來反映單根抗拉特性[2]。截至目前，國內外學者對植物單根抗拉力和抗拉強度已經做過大量的研究，如：周躍等對西南地區的松屬側根抗拉力的研究表明，根系抗拉力與其直徑呈正相關關系[3];楊永紅等對苦刺、車桑子、合歡、桉樹根系的研究表明，抗拉強度與直徑呈冪函數負相關關系[4];田佳等對高羊茅、多年生黑麥草等草本植物根系力學特性的研究表明，根的抗拉強度與直徑呈正相關關系[5]?，F有研究表明，不同植物的生物學性質不同，導致其生物力學特性不同，根系的抗拉力、抗拉強度也不同，隨根直徑變化的趨勢也不同[2]。因此，有必要對不同地區內的主要植物進行研究。本文以昆明學院校內觀物山頂生長分布較多的黃茅為對象進行研究，在實驗區內取樣帶回實驗室進行單根抗拉實驗，模擬黃茅根在土壤中被拉斷時的情況，研究根的抗拉力和抗拉強度。

1 材料與方法

1.1 實驗區概況

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，對干旱、貧瘠的土壤有一定的耐受性，根系發達。本次實驗所選區域為昆明學院觀物山，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%。選材區域是山頂的一片坡度約為50°的邊坡，土壤以紅黏土為主。區域內黃茅生長狀況良好，適合作為本次實驗研究的材料。

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與其原有生長形態的一致性，防止由于外部因素（如水分蒸發等）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，帶回實驗室進行室內實驗。在實驗室內，將帶回的草樣根系部分置于自來水下以細小水流沖洗，去除根系間的土壤及雜質，清理干凈后放置晾干至根系水分與取出時水分相當為止。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象。

1.3 根系參數測定分析

2 結果與分析

實驗過程中記錄的單根抗拉力F、斷面直徑D及計算的抗拉強度數據見表1，由表可得：黃茅單根抗拉力主要集中分布在10.3～24.3 N，占樣本總數的78%;斷面直徑主要集中分布在0.22～0.54 mm，占樣本總數的81%;抗拉強度主要集中分布在77.6～219.6 MPa，占樣本總數的66.2%。

3 小結

在黃茅單根抗拉實驗條件下，得到的數據指標為：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系為對數函數正相關關系，與抗拉強度之間的關系為乘冪函數負相關關系，經方程式檢驗，相關系數均達極顯著水平。

參考文獻：

[1] 陸桂紅，楊順，王鈞，等.植物根系固土力學機理的研究進展[J].南京林業大學學報（自然科學版），2014，38（2）：151-156.

[2] 苑淑娟，牛國權，劉靜，等.瞬時拉力下兩個生長期4種植物單根抗拉力與抗拉強度的研究.水土保持通報，2009，29（5）：21-25.

[3] 周躍，張軍，駱華松，等.松屬、青岡屬喬木側根的強度在防護林固土護坡作用中的意義[J].植物生態學報，2001，25（1）：105-109.

[4] 楊永紅.東川礫石土地區植被固土機理研究[D].成都：西南交通大學，2006.

[5] 田佳，劉耀輝.華北地區幾種常用邊坡綠化植物的根系力學特性研究[J].中國水土保持，2007（10）：34-36.

（責任編輯：丁志祥）