柴達木盆地4種鹽生植物根系力學特性及根-土復合體抗剪強度研究

許 桐, 劉昌義, 胡夏嵩, 周林虎, 申紫雁, 余冬梅

(1.青海大學 地質工程系, 西寧 810016;2.中國科學院 青海鹽湖研究所, 中國科學院 鹽湖資源綜合高效利用重點實驗室, 西寧 810008)

近年來，利用草本植物有效防治地表土壤侵蝕，減少水土流失，增強土體抗剪強度，已被國內外學者普遍認可并開展了廣泛研究和普遍應用[1-7]。植物根系不僅可從土壤中吸收植物生長過程中所需要的水分和養(yǎng)分，且對于改良土壤結構和成分，增強土壤的抗侵蝕能力和抗剪切能力方面有著重要作用[8-10]。本項研究其研究區(qū)位于柴達木盆地東部，柴達木盆地是我國四大內陸盆地之一，區(qū)內擁有豐富的礦產(chǎn)資源，是西部地區(qū)重要資源富集區(qū)，被譽為“聚寶盆”[11]。但由于近年來受到全球氣候變暖以及區(qū)域性風蝕、水蝕和人類工程活動等因素的綜合影響，使得區(qū)內發(fā)生因植被退化、河湖萎縮等現(xiàn)象所引發(fā)的水土流失、土地沙化等災害現(xiàn)象較為嚴重，且一定程度地對當?shù)毓まr(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)居民生產(chǎn)生活帶來影響和產(chǎn)生潛在危害，因此開展柴達木盆地及其周邊生態(tài)地質環(huán)境的科學保護是一項亟待解決的重大問題。

近年來，國內外諸多學者通過開展植物根系力學強度研究，探討植物有效防治地表水土流失和淺層滑坡方面，取得了較為豐富研究成果。Stokes等指出根的抗拉強度與根系的抗拔力和抗剪強度成正比關系，故在根面積比一定的條件下，數(shù)量相對愈多的細根較數(shù)量相對較少的粗根，表現(xiàn)出具有相對更為顯著的固土護坡能力[12]。Capilleri等以意大利西西里島蘆筍(Asparagusofficinalis)作為研究對象，通過室內單根拉伸試驗得到蘆筍單根抗拉強度為2.5～8.0 MPa，并指出根系抗拉強度受多種因素影響，其因素分別為根徑、根系水分和植株生長位置等，認為草本植物可用于淺層滑坡防治[13]。武藝儒等以檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)、沙柳(Salixcheilophila)和沙棘(Hippophaerhamnoides)為研究對象，通過測定3種灌木根系抗剪特性及纖維素、半纖維素、木質素3種化學成分含量，分析其化學成分對抗剪特性的影響，結果表明區(qū)內3種灌木直根抗剪力、抗剪強度均存在顯著差異，種間變化為檸條錦雞兒(172.68 N，17.18 MPa)>沙柳(124.99 N，12.49 MPa)>沙棘(68.49 N，6.76 MPa)，且3種直根抗剪力與根徑均呈冪函數(shù)正相關關系，抗剪強度與根徑均呈冪函數(shù)負相關關系[14]。

與此同時，Comino等通過對意大利北部典型高山禾本科植物早熟禾(Poaannua)、黑麥草(Loliumperenne)開展根—土復合體抗剪強度試驗，其試驗結果表明2種植物根—土復合體抗剪強度明顯高于不含根素土的抗剪強度，其黏聚力增長9.6～12.6 kPa[15]。祁兆鑫等選取柴達木盆地尕斯庫勒鹽湖區(qū)及周邊地區(qū)海韭菜(Triglochinmaritimum)、蘆葦(Phragmitesaustralias)、無脈苔草(Carexenervis)等5種優(yōu)勢鹽生植物為研究對象，通過直剪試驗分析根—土復合體抗剪強度的影響因素，結果表明土體含水率的提高導致根—土復合體黏聚力c值降低，并指出鹽生植物根—土復合體與素土相比抗剪強度增加了3.26%～57.18%[16]。栗岳洲等通過對大柴旦鹽湖區(qū)海韭菜(TriglochinmaritimumLinn)、賴草(LeymussecalinusTzvel)、毛穗賴草(LeymuspaboanusPilger)、無脈苔草(CarexenervisC.A.Mey)復合體進行直剪試驗，其試驗結果表明，根系提高土體的抗剪強度存在一個最優(yōu)含根量，當根—土復合體中的含根量為最優(yōu)含根量時，土體的抗剪強度為最大，分別得到海韭菜為27.42 kPa，賴草為20.9 kPa，毛穗賴草為18.11 kPa，無脈苔草為17.84 kPa[17]。

綜上所述，已有研究結果關于通過植被防治水土流失、淺層滑坡等災害大多是單獨討論有關植物根系力學特性或植物根—土復合體力學強度研究方面，相比較而言，采用將植物單根抗拉、抗剪強度與根—土復合體抗剪強度二者結合起來的研究方法，綜合探討植物根系增強土體抗剪強度效應和有效提高土體抗侵蝕能力等方面的研究相對較少，尤其是位于青藏高原腹地地處高寒干旱區(qū)柴達木盆地及其周邊地區(qū)。因此，本項研究以柴達木盆地柯柯鹽湖區(qū)作為研究區(qū)，通過對區(qū)內4種不同優(yōu)勢鹽生植物開展單根拉伸、剪切和根—土復合體抗剪強度試驗，分析地表0—20 cm深度處復合體黏聚力與含根量的變化規(guī)律及兩者間的關系，并探討4種不同鹽生植物根系力學強度特性，以及根—土復合體隨取樣深度變化其抗剪強度的變化特征。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)柯柯鹽湖位于柴達木盆地東部，地理坐標為東經(jīng)97°58′—98°30′，北緯36°50′—37°06′，東西長約28 km，南北平均寬約4～5 km，總面積約119 km2[18]。柯柯鹽湖隸屬于青海海西蒙古族藏族自治州烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)境內。研究區(qū)柯柯鹽湖及其周邊地區(qū)地勢平坦，海拔高度為3 010 m左右，區(qū)內氣候屬于大陸性干旱氣候[18]，多年平均降水量為107.4～139.9 mm，蒸發(fā)量為2 172.6～2 483.3 mm，蒸發(fā)量為降水量的20倍以上[19]，年平均最高氣溫在7—8月份，為22.9℃，最低氣溫在上年12月至次年1月份，為-19～-23℃，年溫差為41～46℃[20]。區(qū)內地層主要為變質巖系和中生界侏羅系及新生界第三系，其巖石類型由下而上分別為細粉砂、砂質黏土、淤泥、石鹽層[20]。區(qū)內土壤類型以鹽漬土為主，適宜于當?shù)厣L的優(yōu)勢鹽生植物主要為蘆葦(PhragmitesaustralisTrin.)、鹽爪爪(Kalidiumfoliatum(Pall.)Moq.)、賴草(Leymussecalinus(Georgi)Tzvel.)、無脈苔草(Carexenervis)、鹽地風毛菊(SaussureasalsaSpreng.)、海韭菜(Triglochinmaritimum)等。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

本項研究選取適宜于研究區(qū)柯柯鹽湖區(qū)及周邊地區(qū)氣候條件下生長的4種優(yōu)勢鹽生植物，即蘆葦(PhragmitesaustralisTrin.)、鹽爪爪(KalidiumfoliatumMoq.)、無脈苔草(Carexenervis)、鹽地風毛菊(SaussureasalsaSpreng.)作為試驗供試種，這4種鹽生草本植物具有耐寒、耐旱、耐貧瘠等生物學特性，且水土保持效果較為顯著。本項研究通過野外試驗區(qū)現(xiàn)場采集鹽生植物試樣，原位制取4種根—土復合體試樣等方法，并將所采集到的試樣及時帶回實驗室，在室內進行單根拉伸、剪切試驗和根—土復合體剪切試驗。

2.2 試驗方法

2.2.1 試驗樣地及其設置 本項研究通過對研究區(qū)柯柯鹽湖及其周邊地區(qū)鹽生植物類型、生長情況等進行原位調查的基礎上，在區(qū)內選擇了植被類型豐富、植物生長正常，且植物類型及其組合具有代表性的樣地布設了實測剖面。該實測剖面線位于區(qū)內鹽湖區(qū)東南方向，剖面線起點距鹽湖約1 000 m處，剖面起點位置地理坐標為36°58′8″N，98°15′19″E，海拔高度為2 881.22 m，剖面總長為1 000 m，坡度為2°。首先，沿該剖面線方向依次劃分出不同鹽生植物種類和組合類型；其次，沿剖面線方向選擇鹽生植物生長良好的位置作為試樣采集點，并分別制取不同鹽生植物根—土復合體試樣。沿剖面線方向每種鹽生植物按照20～80 m間距進行采樣，且每種鹽生植物其根—土復合體試樣進行3次重復。

2.2.2 單根拉伸試驗 本項研究通過野外現(xiàn)場制取鹽生植物根系試樣，將原位采集完的整植物根系放置在試樣盆中并做標記，將試樣及時帶回實驗室開展相應試驗。在室內首先將植物根系挑選出來并用清水沖洗干凈，選取較為完整的根系，截取單根長度為10～20 cm根段，然后選取3個不同部位采用游標卡尺測量其根徑，并取其平均值作為該根段的根徑[21]。在進行根系拉伸試驗過程中，需調整好拉伸儀夾具與根系之間的摩擦力，防止試驗進行過程中發(fā)生滑動現(xiàn)象，根系從夾具中間發(fā)生斷裂計為有效數(shù)據(jù)，若根系與夾具發(fā)生滑動，數(shù)據(jù)視為無效，需重新進行試驗[22]。根據(jù)試驗得到的單根最大抗拉力和實測得到的根徑，即可計算出4種草本單根抗拉強度，其計算公式[23]為：

(1)

式中:P為根段抗拉強度(MPa)；F為最大抗拉力(N)；D為根段直徑(mm)。

2.2.3 單根剪切試驗 本項研究在進行室內單根剪切試驗時，將預先挑選好的根系穿過剪切試驗裝置中的小孔進行剪切，試驗過程中根系試樣未完全被剪斷則視為無效數(shù)據(jù)，重新進行剪切試驗。根據(jù)單根剪切試驗結果得到的單根最大抗剪力，以及對通過單根測量得到的根徑值，即可計算出4種鹽生植物的單根抗剪強度，其計算公式[23]為：

(2)

式中:τ為單根抗剪強度(MPa)；Fs為單根最大抗剪力(N)；A為根系的原始截面積(mm2)；D為根段直徑(mm)。

2.2.4 根—土復合體直剪試驗 在野外試驗區(qū)樣地制取根—土復合體試樣過程，首先是將取樣位置處的植物修剪至與地表土體平行，并在地表土體垂直向下深0—10 cm，10—20 cm處，將內徑61.8 mm、高20 mm的環(huán)刀垂直壓入土體中，直到試樣完全壓入環(huán)刀為止，使用小刀和剪刀修整環(huán)刀兩側土體，待兩側土體平整后立即裝入環(huán)刀盒中，貼上標簽，并用膠帶將環(huán)刀盒封口，防止水分蒸發(fā)。同樣，選擇未生長植物區(qū)域，用相同的方法制取相應的素土試樣作為試驗對照組，同時準備原位直剪樣品時，完成相應位置處樣品的含水量和密度的制取工作，并密封樣品并把所有樣品帶回實驗室進行相應的測試。室內直剪試驗采用應變控制式直剪儀，試樣剪切位移為4 mm，剪切速度2.4 mm/min，施加垂直壓力依次為50 kPa，100 kPa，200 kPa，300 kPa[24]。

3 結果與分析

3.1 單根抗拉力和抗拉強度與根徑之間的關系

由表1所示可知，區(qū)內4種鹽生植物平均根徑由大至小依次為鹽地風毛菊(1.376 mm)、鹽爪爪(0.282 mm)、蘆葦(0.109 mm)、無脈苔草(0.088 mm)，鹽地風毛菊平均根徑顯著大于其他3種鹽生植物(p<0.05)，鹽爪爪平均根徑顯著大于蘆葦和無脈苔草(p<0.05)，而無脈苔草和蘆葦未表現(xiàn)出顯著性差異。4種鹽生植物平均單根抗拉力由大至小依次為鹽地風毛菊(20.511 N)、蘆葦(2.227 N)、鹽爪爪(1.944 N)、無脈苔草(0.642 N)；其中，鹽地風毛菊平均單根抗拉力顯著高于其他3種(p<0.05)，即分別為蘆葦、鹽爪爪、無脈苔草平均單根抗拉力的9.210，10.550，37.843倍。蘆葦單根其平均抗拉力顯著高于苔草(p<0.05)，鹽爪爪與無脈苔草之間無明顯差異。區(qū)內4種鹽生植物其平均單根抗拉強度由大至小依次為蘆葦(281.208 MPa)、無脈苔草(114.798 MPa)、鹽爪爪(33.159 MPa)、鹽地風毛菊(14.824 MPa)，其中，蘆葦單根抗拉強度為無脈苔草2.45倍，鹽爪爪8.48倍，鹽地風毛菊18.97倍，蘆葦單根抗拉強度與鹽爪爪、無脈苔草、鹽地風毛菊之間的差異顯著(p<0.05)，無脈苔草的平均單根抗拉強度顯著大于鹽爪爪與鹽地風毛菊(p<0.05)，而鹽爪爪與鹽地風毛菊之間未表現(xiàn)出顯著性差異。

表1 試驗區(qū)4種鹽生植物單根拉伸試驗結果

相應地，由圖1可知區(qū)內4種鹽生植物單根抗拉力隨根徑增加而增大，且單根抗拉力與根徑符合指數(shù)函數(shù)關系。由圖2所示可知，4種鹽生植物單根抗拉強度隨根徑增大而減小，且單根抗拉強度與根徑之間符合冪函數(shù)關系；其中以鹽爪爪為例，鹽爪爪根徑在0.35～0.6 mm比0.13～0.35 mm時單根抗拉力隨根徑增大的速率更大，同時其單根抗拉強度隨著根徑的增大其減小速率更緩慢，因此鹽爪爪根徑在0.35 mm時單根抗拉力學特性表現(xiàn)相對較好。該試驗結果與劉昌義等[25]對西寧盆地細莖冰草(Agropyrontrachycaulum)、霸王(Zygophyllumxanthoxylon)、白刺(Nitrariatangutorum)等5種草本和灌木根系單根拉伸試驗結果，以及與李可等[26]對檸條錦雞兒(Caraganakorshinskii)和草地早熟禾(Poapratensis)根系單根拉伸試驗結果相一致。

圖1 研究區(qū)4種鹽生植物單根抗拉力與根徑之間的關系

3.2 單根抗剪力、抗剪強度與根徑之間的關系

由表2所示可知，區(qū)內4種鹽生植物平均根徑由大至小依次為鹽地風毛菊(1.360 mm)、鹽爪爪(0.475 mm)、蘆葦(0.286 mm)、無脈苔草(0.132 mm)，鹽地風毛菊平均根徑顯著大于無脈苔草、鹽爪爪、蘆葦(p<0.05)，鹽爪爪平均根徑顯著大于蘆葦和無脈苔草(p<0.05)，而蘆葦?shù)钠骄鶑斤@著大于無脈苔草(p<0.05)。4種鹽生植物平均單根抗剪力由大至小依次為鹽地風毛菊(25.243 N)、蘆葦(12.035 N)、鹽爪爪(9.073 N)、無脈苔草(3.484 N)，其表現(xiàn)出的變化規(guī)律與平均單根抗拉力相一致。其中，鹽地風毛菊的平均單根抗剪力顯著大于其他3種鹽生植物(p<0.05)，蘆葦?shù)钠骄鶈胃辜袅︼@著大于鹽爪爪和無脈苔草(p<0.05)，鹽爪爪顯著大于無脈苔草(p<0.05)。進一步研究表明，同種鹽生植物之間其單根抗剪力均大于單根抗拉力，表現(xiàn)在鹽地風毛菊、蘆葦、鹽爪爪、無脈苔草單根抗剪力較抗拉力其增長幅度分別是23.0%，440.4%，367.7%，442.6%。

表2 試驗區(qū)4種鹽生植物單根剪切試驗結果

區(qū)內4種鹽生植物其平均單根抗剪強度由大至小依次為無脈苔草(157.428 MPa)、蘆葦(110.836 MPa)、鹽爪爪(26.657 MPa)、鹽地風毛菊(9.105 MPa)，無脈苔草平均單根抗剪強度與蘆葦、鹽爪爪、鹽地風毛菊間存在顯著性差異(p<0.05)，蘆葦?shù)钠骄鶈胃辜魪姸蕊@著大于鹽爪爪和鹽地風毛菊(p<0.05)，而鹽爪爪與鹽地風毛菊之間無明顯差異。其中，無脈苔草其抗剪強度為蘆葦1.42倍、鹽爪爪5.91倍、鹽地風毛菊17.29倍；此外，由圖3所示還可知，區(qū)內4種鹽生植物其單根抗剪力隨根徑增加而增大，且單根抗剪力與根徑符合指數(shù)函數(shù)關系。另外，由圖4所示可知，4種鹽生植物其單根抗剪強度隨根徑增大而減小，且單根抗剪強度與根徑之間符合冪函數(shù)關系；其中以蘆葦為例，蘆葦根徑在0.30～0.45 mm較0.15～0.30 mm時單根抗剪力隨根徑增大的速率更大，同時其單根抗剪強度隨著根徑的增大其減小速率更緩慢，因此蘆葦根徑在0.30 mm時單根抗剪力學性能相對較好。該結果與賀振昭等[27]對青海湖地區(qū)賴草(LeymussecalinusTzvel)、紫花針茅(StipapurpureaGriseb)等7種植物根系單根剪切試驗結果，以及與李成凱等[28]對西寧盆地披堿草(Elymusdahuricus)、細莖冰草(Agropyrontrachycaulum)、賴草(Leymussecalinus)等4種植物根系單根剪切試驗結果相一致。

圖2 研究區(qū)4種鹽生植物單根抗拉強度與根徑之間的關系

圖3 研究區(qū)4種鹽生植物單根抗剪力與根徑之間的關系

3.3 根-土復合體試樣中的根系特性

本項研究中，鹽地風毛菊、蘆葦、鹽爪爪3種鹽生植物根系多呈近似垂直分布，而無脈苔草根系則相對較細，且多在土體中呈水平或傾斜分布。區(qū)內4種鹽生植物根—土復合體試樣中含根數(shù)、含根量、根系質量計算結果見表3。待室內完成根—土復合體直剪試驗后即對剪切后試樣進行沖洗，從根—土復合體試樣中清洗出分布于其中的根系，然后將洗凈的根系晾干至根系表面未見水滴時，便對根徑、根系鮮重、根數(shù)、含根量等指標進行統(tǒng)計[17]。

圖4 研究區(qū)4種鹽生植物單根抗剪強度與根徑之間的關系

表3 試驗區(qū)4種鹽生植物復合體中鮮根質量、含根量及含根數(shù)計算結果

由表3所示可知，區(qū)內4種鹽生植物根—土復合體在地表以下0—10 cm深度處(即上層)，土體含根量均大于10—20 cm處(即下層)，4種鹽生植物蘆葦、鹽爪爪、無脈苔草、鹽地風毛菊其根—土復合體其上層含根量分別為0.016 g/cm3，0.007 g/cm3，0.063 g/cm3，0.005 g/cm3，下層含根量分別為0.010 g/cm3，0.003 g/cm3，0.011 g/cm3，0.001 g/cm3；進一步研究表明，含根量由上層至下層其降低幅度分別為38%，57%，83%，80%，其中，無脈苔草試樣由上層至下層含根量降低幅度是相對最大的，即分別為蘆葦復合體試樣降低幅度的2.20倍，鹽爪爪試樣降低幅度的1.44倍，鹽地風毛菊試樣降低幅度的1.03倍。

3.4 不同取樣深度根-土復合體抗剪強度特征

區(qū)內4種鹽生植物根—土復合體原狀試樣和素土試樣抗剪強度與垂直壓力關系見圖5。由該圖可知，4種鹽生植物根—土復合體及素土抗剪強度與垂直壓力間呈線性相關關系，表現(xiàn)在隨著垂直壓力的增加，土體抗剪強度亦隨之增強，這與摩爾—庫倫準則相一致。此外，由該圖還可知，區(qū)內4種植物根—土復合體抗剪強度與垂直壓力關系曲線位于素土抗剪強度與垂直壓力關系曲線上方，說明在四級垂直荷載作用下，素土抗剪強度均顯著低于根—土復合體，其中蘆葦、鹽爪爪、無脈苔草、鹽地風毛菊在地表以下0—10 cm深度處，其根—土復合體平均抗剪強度分別為75.675 kPa，128.575 kPa，95.450 kPa，78.150 kPa，地表10—20 cm深度處4種植物復合體平均抗剪強度分別為76.450 kPa，91.200 kPa，96.700 kPa，85.375 kPa。相應地，與4種鹽生植物所對應的素土試樣平均抗剪強度為69.650 kPa，86.725 kPa，84.875 kPa，74.850 kPa，與復合體試樣相比較，素土抗剪強度降低幅度分別為8.9%，5.9%，12.2%，12.3%。

在地表以下0—10 cm，10—20 cm深度處，4種鹽生植物根—土復合體平均抗剪強度均顯著大于所對應素土，其主要原因是在0—10 cm深度處復合體含根量大于10—20 cm深度處，同時，反映出區(qū)內4種鹽生植物根系對土體具有顯著加筋作用，進而使得土體抗剪強度得到顯著性提高[30]。本項研究，通過對比區(qū)內4種鹽生植物根—土復合體與素土試樣的抗剪強度可知,鹽爪爪根—土復合體、無脈苔草根—土復合體抗剪切能力相對較強，表現(xiàn)在鹽爪爪、無脈苔草其根—土復合體較蘆葦、鹽地風毛菊其抗剪強度平均增加幅度分別為44.4%，34.3%，25.3%，17.5%。

區(qū)內4種鹽生植物在地表以下0—10 cm，10—20 cm深度處，其根—土復合體黏聚力c值與相應素土黏聚力c值對比結果見圖6。蘆葦、鹽爪爪、無脈苔草、鹽地風毛菊4種植物地表以下0—10 cm，10—20 cm深度處，其根—土復合體黏聚力值c分別為4.87～12.27 kPa，6.75～16.91 kPa，16.34～18.19 kPa，11.96～16.96 kPa，4種植物根—土復合體試樣對應素土黏聚力c值分別為3.92 kPa，6.12 kPa，11.32 kPa，9.76 kPa；以上4種鹽生植物與素土相比，黏聚力c值增幅分別為24.2%～213.0%，9.9%～176.3%，44.3%～60.7%，22.5%～71.0%。4種鹽生植物根—土復合體試樣黏聚力c值隨著取樣深度增加而逐漸降低，尤其是地表以下0—10 cm處根—土復合體與素土之間的黏聚力c值存在較大的差值，即分別為8.35 kPa，10.79 kPa，6.87 kPa，6.93 kPa，黏聚力c值的減小幅度分別為60.3%，60.0%，10.1%，29.5%。在地表以下0—10 cm深度處4種植物根—土復合體黏聚力c值相對較大，反映出區(qū)內植物根系在表層以下0—10 cm深度其所具有的淺層加筋作用相對更為顯著。

3.5 相同取樣深度根-土復合體抗剪強度特征

研究區(qū)4種鹽生植物根—土復合體試樣在相同位置處(地表以下0—10 cm，10—20 cm深度處)黏聚力c值對比結果見圖7，由該圖所示可知，位于地表以下0—10 cm深度處，4種植物根—土復合體黏聚力c值為12.27～18.19 kPa，與素土相比復合體黏聚力c值增幅為60.7%～213%，平均增幅為130.2%，黏聚力c值由大至小依次為無脈苔草、鹽爪爪、鹽地風毛菊、蘆葦。相應地，在地表以下10—20 cm深度處，4種植物根—土復合體黏聚力c值為4.87～16.34 kPa，與素土相比黏聚力c值增幅為9.9%～44.3%，平均增幅為25.2%，黏聚力c值由大至小依次為無脈苔草、鹽地風毛菊、鹽爪爪、蘆葦。由以上分析結果可知，區(qū)內在地表以下10—20 cm深度處4種植物根—土復合體黏聚力c值明顯小于0—10 cm處，且4種植物根—土復合體在地表以下10—20 cm深度處黏聚力c值，略高于素土的黏聚力c值，這表明區(qū)內4種植物根—土復合體愈接近表層位置處，其黏聚力c值表現(xiàn)出愈大的規(guī)律，這主要歸因于植物根系在表層位置處含根量相對較多，即表現(xiàn)在地表以下10—20 cm深度處，4種鹽生植物含根量較0—10 cm處降低38%，57%，83%，80%。

區(qū)內4種植物根—土復合體抗剪強度指標與取樣深度之間變化關系見表4。由該表可知，隨著4種植物根—土復合體取樣深度增加，4種植物根—土復合體黏聚力c值呈逐漸降低的變化趨勢，例如蘆葦根—土復合體隨著取樣深度由地表以下0—10 cm增加至10—20 cm深度處時，其黏聚力c值則由12.27 kPa降低為4.87 kPa，降低幅度為60.3%；相類似地，對于其他3種植物的黏聚力c值亦呈現(xiàn)出上述相類似的變化規(guī)律。另外，在地表以下0—10 cm深度處，無脈苔草和鹽爪爪根—土復合體黏聚力c值顯著大于鹽地風毛菊和蘆葦(p<0.05)，鹽地風毛菊和蘆葦黏聚力c值相對較小，即4種草本無脈苔草、鹽爪爪、鹽地風毛菊和蘆葦其黏聚力c值分別為18.19 kPa，16.91 kPa，16.69 kPa，12.27 kPa；相應地，在地表以下10—20 cm深度處，無脈苔草的平均黏聚力c值顯著大于鹽地風毛菊、鹽爪爪、蘆葦(p<0.05)，鹽地風毛菊的平均黏聚力c值顯著大于鹽爪爪和蘆葦(p<0.05)，鹽爪爪與蘆葦未表現(xiàn)出顯著性差異。

表4 試驗區(qū)4種植物根-土復合體的抗剪強度指標試驗結果

試驗區(qū)地表以下10～20 cm深度處，4種鹽生植物其平均黏聚力c值分別為16.34 kPa，11.96 kPa，6.75 kPa，4.87 kPa。由區(qū)內4種鹽生植物在地表以下2種深度位置處的復合體黏聚力值及變化規(guī)律可知，區(qū)內增強土體抗剪強度作用相對較為顯著的植物種分別為無脈苔草、鹽地風毛菊，其黏聚力平均值分別是17.25 kPa，14.46 kPa；另外，區(qū)內4種鹽生植物根—土復合體內摩擦角與采樣深度之間則未表現(xiàn)出顯著性關系，二者間的關系尚有待于進一步深入研究。

綜合表1，表2和圖6所示可知，區(qū)內4種鹽生植物其平均單根抗拉力與平均抗剪力的變化規(guī)律基本相一致，但4種鹽生植物根—土復合體黏聚力值的變化未體現(xiàn)出一致性的規(guī)律。其次，通過綜合分析區(qū)內4種鹽生植物其單根抗拉、抗剪強度，以及復合體抗剪強度指標黏聚力c值的大小可知，在4種鹽生植物中，無脈苔草相對具有更為顯著的固土護坡效果，其次為蘆葦、鹽爪爪，而鹽地風毛菊相對不及前3種。

4 結 論

(1) 試驗區(qū)4種鹽生植物平均單根抗拉、抗剪力由大至小順序一致，依次為鹽地風毛菊、蘆葦、鹽爪爪、無脈苔草，其單根抗拉、抗剪力變化范圍分別為20.511～0.642 N，25.243～3.484 N，且單根抗拉、抗剪力均隨著根徑增加而增大，且均與根徑符合指數(shù)函數(shù)關系；4種鹽生植物平均單根抗拉強度由大至小依次為蘆葦、無脈苔草、鹽爪爪、鹽地風毛菊，其變化范圍為281.208～14.824 MPa；單根抗剪強度由大至小依次為無脈苔草、蘆葦、鹽爪爪、鹽地風毛菊，其變化范圍為157.428～26.657 MPa，且單根抗拉、抗剪強度均隨根徑增大而減小，均與根徑之間符合冪函數(shù)關系。

(2) 區(qū)內蘆葦、鹽爪爪、無脈苔草、鹽地風毛菊4種鹽生植物根—土復合體試樣含根量變化，表現(xiàn)在由地表以下0—10 cm至10—20 cm深度處逐漸降低，其降低幅度為37.5%～80%；4種鹽生植物根—土復合體的黏聚力c值與不含根系素土相比，4種植物根系對土體黏聚力平均增幅為46.7%～118.6%；根—土復合體試樣黏聚力c值隨著取樣深度的增加而減小，復合體含根量也表現(xiàn)出了相同的變化規(guī)律，因此，根—土復合體試樣含根量對黏聚力c值的影響較為顯著。

(3) 區(qū)內4種鹽生植物根—土復合體在地表以下0—10 cm深度處，黏聚力c值由大至小依次為無脈苔草、鹽爪爪、鹽地風毛菊、蘆葦，其黏聚力c值變化范圍為18.19～12.27 kPa；在地表以下10—20 cm深度處，黏聚力c值由大至小依次為無脈苔草、鹽地風毛菊、鹽爪爪、蘆葦，其黏聚力c值變化范圍為16.34～4.87 kPa；4種植物根—土復合體試樣黏聚力c值，表現(xiàn)出在地表以下0—10 cm深度處相對大于10—20 cm深度，說明區(qū)內4種鹽生植物根系具有顯著增強淺層土體抗剪強度的作用。