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为了揭示河北太行山区崇陵小流域不同土地利用方式土壤流失特征和林木根系固土能力,本文以裸地、农地(小麦、玉米)、果园(桃树)、林地(侧柏、油松)四种不同土地利用方式的径流小区和太行山区崇陵小流域内的20年生油松和侧柏人工林为研究对象,通过分析小流域内降雨数据和土壤流失数据对太行山区不同土地利用方式土壤流失特征进行研究,在此基础上以林地代表性树种油松、侧柏为研究对象,采用室内单根拉伸试验的方法,测定油松、侧柏3mm、5mm、7mm三个径阶下最大抗拉力平均值和抗拉强度平均值,并对根系疲劳前后固土的力学特性及根系疲劳过程进行研究。研究的主要结果如下:
(1)崇陵小流域在四年的观测期内,6至8月降水量最大,占年均降雨总量的68.2%,其中7月份年均降雨量达到205.7mm;2017年降雨量最大,为634.3mm,其中8月降雨量占全年降雨量的35.3%;2016年降雨量最小,年降雨量为520mm,其中7月降雨量占全年降雨量的35.1%;降雨量与降雨次数之间没有明显的关系;观测区域内多为小雨,占总降雨次数的79%,大雨和暴雨一般集中在7月至8月份。
(2)四种土地利用方式覆盖下土壤流失量从大到小排序为:裸地>农地>果园>林地,其中裸地年均土壤流失量约是农地的2倍,果园的12倍,林地的年均土壤流失量最少,且只有两个月存在土壤流失现象。
(3)疲劳前后油松和侧柏根系的最大抗拉力与根径呈正相关关系,回归曲线采用幂函数拟合;疲劳前后油松根系最大抗拉力平均值和抗拉强度平均值均高于侧柏,疲劳后两种林木根系抗拉强度随根径的变化规律与疲劳前一致。
(4)疲劳后不同径阶油松和侧柏最大抗拉力和抗拉强度均有提升,疲劳后油松和侧柏根系三个径级(3mm、5mm、7mm)的极限抗拉力比疲劳前分别增加了66.5%、38.7%、34.8%和17.7%、13.7%、26.3%,疲劳后油松和侧柏根系的抗拉强度平均值分别是疲劳前的1.50倍和1.19倍
(5)林木根系滞回曲线表现出明显的周期循环特征,最初几个周期“滞回环”饱满且间隙明显,“滞回环”间距随着循环周期的增加越来越密集,几乎形成闭合曲线,然后逐渐趋于稳定。
(6)油松和侧柏根系纤维素、半纤维素、木质素含量均随着根径的增大而增大,回归方程均采用幂函数拟合;侧柏不同根径间纤维素含量差异显著,油松不同根径间木质素含量差异显著;油松纤维素、半纤维素、木质素含量高于侧柏,两个树种半纤维素、木质素含量差异显著;两个树种木纤比均随着根径的增大而减小,回归方程采用幂函数,油松不同根径间木纤比差异极显著,侧柏不同根径间木质素含量差异显著。
(7)油松纤维素和半纤维素与根系极限抗拉力之间存在回归关系,侧柏只有半纤维素与根系极限抗拉力之间存在回归关系,而木质素含量与根系极限抗拉力之间不存在明显的回归关系。
(1)崇陵小流域在四年的观测期内,6至8月降水量最大,占年均降雨总量的68.2%,其中7月份年均降雨量达到205.7mm;2017年降雨量最大,为634.3mm,其中8月降雨量占全年降雨量的35.3%;2016年降雨量最小,年降雨量为520mm,其中7月降雨量占全年降雨量的35.1%;降雨量与降雨次数之间没有明显的关系;观测区域内多为小雨,占总降雨次数的79%,大雨和暴雨一般集中在7月至8月份。
(2)四种土地利用方式覆盖下土壤流失量从大到小排序为:裸地>农地>果园>林地,其中裸地年均土壤流失量约是农地的2倍,果园的12倍,林地的年均土壤流失量最少,且只有两个月存在土壤流失现象。
(3)疲劳前后油松和侧柏根系的最大抗拉力与根径呈正相关关系,回归曲线采用幂函数拟合;疲劳前后油松根系最大抗拉力平均值和抗拉强度平均值均高于侧柏,疲劳后两种林木根系抗拉强度随根径的变化规律与疲劳前一致。
(4)疲劳后不同径阶油松和侧柏最大抗拉力和抗拉强度均有提升,疲劳后油松和侧柏根系三个径级(3mm、5mm、7mm)的极限抗拉力比疲劳前分别增加了66.5%、38.7%、34.8%和17.7%、13.7%、26.3%,疲劳后油松和侧柏根系的抗拉强度平均值分别是疲劳前的1.50倍和1.19倍
(5)林木根系滞回曲线表现出明显的周期循环特征,最初几个周期“滞回环”饱满且间隙明显,“滞回环”间距随着循环周期的增加越来越密集,几乎形成闭合曲线,然后逐渐趋于稳定。
(6)油松和侧柏根系纤维素、半纤维素、木质素含量均随着根径的增大而增大,回归方程均采用幂函数拟合;侧柏不同根径间纤维素含量差异显著,油松不同根径间木质素含量差异显著;油松纤维素、半纤维素、木质素含量高于侧柏,两个树种半纤维素、木质素含量差异显著;两个树种木纤比均随着根径的增大而减小,回归方程采用幂函数,油松不同根径间木纤比差异极显著,侧柏不同根径间木质素含量差异显著。
(7)油松纤维素和半纤维素与根系极限抗拉力之间存在回归关系,侧柏只有半纤维素与根系极限抗拉力之间存在回归关系,而木质素含量与根系极限抗拉力之间不存在明显的回归关系。