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本文以干旱半干旱地区两种典型水土保持防风固沙植物沙棘(Hippophae rhamnoides)杨柴(Hedysarum mongolicum Turez)根系为研究对象,进行室内单根轴向极限抗拉力学特性、根-土复合体抗剪特性和根-土界面摩阻特性的试验研究;野外自然生境下采用HP-500数显式推拉力计以及自制便携试验仪器,研究两种植物根系受拉受损后愈伤自修复的抗拉力学特性,进而揭示两种植物根系力学特性的种间差异性,为该区域的水土保持和生态修复中植物种的选择和资源配置的研究提供了数据。研究结果表明:(1)两种植物根系在测试直径0～5mm范围内,单根极限抗拉力随直径的增加呈幂函数增长,而单根极限抗拉强度随直径的增加呈幂函数递减。单根极限抗拉强度大小为沙棘(26.49±22.5A)MPa>杨柴(19.58±15.41B)MPa。(2)两种植物根-土复合体的抗剪强度和粘聚力值均大于素土的值。在12.5 KPa(80cm 土层)下,两种植物根-土复合体抗剪强度和粘聚力总体呈现随着根径、根密度的增加呈先增大后减小的变化特征。代表根径级下,其抗剪强度相比较大小顺序为沙棘(22.15±2.1A)KPa>杨柴(16.37±4.01B)KPa>素土(3.8±0.24C)KPa。粘聚力大小为沙棘(7.19±2.33A)KPa>杨柴(5.99±2.14B)KPa。两种植物根-土复合体快剪下抗剪强度均大于慢剪下的值。两种植物快剪(0.8mm/min)下的抗剪强度存在显著差异性,其值为沙棘(18.95±0.75A)KPa>杨柴(18±0.83B)KPa,慢剪(0.02mm/min)下的抗剪强度值为沙棘(15.48±0.44B)KPa>杨柴(14.3±0.77C)KPa。(3)根-土界面单根抗阻拉力总体随直径的增加而增加。沙棘和杨柴代表根径级下的抗阻拉力种间均存在显著差异性,其沙棘代表根径级下的值为1～1.5mm(32.52±0.91 a)N>0.5～1mm(27.48±0.74 b)N,杨柴代表根径级间的抗阻拉力大小为 1～1.5mm(18.39±0.41 a)N>0.5～1(14.44±0.36 b)N>0～0.5mm(10.56±0.89 c)N。而拉拔抗剪强度均值随根系直径的增加均呈幂函数减小。两种植物根-土界面抗剪强度值大于土-土界面抗剪强度。在0.05显著水平下,两种植物根-土界面与土-土界面差异性显著,且均大于土-土界面的抗剪强度值,其大小顺序为:沙棘根-土界面(16.78±1.04 a)KPa、杨柴根-土界面(15.45±1.18 a)KPa>土-土界面(8.97±0.35 b)KPa。(4)在0～4mm测试径级范围内,两种植物直根分别受极限拉伸力的70%、50%和25%受拉受损愈伤3个月后的极限抗拉强度均小于平行对照(未受拉受损扰动)的值。在0.05显著水平下,沙棘直根受不同程度拉伸损伤后,与平行对照相比较大小为:平行对照(16.73±9.73 a)N、25%(16.59±5.19 b)N>55%(10.58±7.28 c)N>75%(3.63±1.68 d)N;杨柴直根受不同程度拉伸损伤后,与平行对照相比较大小为:平行对照(16.16±9.32 a)N>25%(12.65±7.6b)N>55%(10.84±7.95 c)N>75%(4.48±3.34 d)N。损伤力越大,愈伤后的极限抗拉强度越小。在测试根径0～4mm时,根系极限应变随根径的增加而减小。其差值分别为沙棘愈伤3个月3.7%,愈伤5个月5.7%,与杨柴正相反。两种植物平行对照与愈伤自修复后直根弹性模量在测试根径0～4mm范围均随直径的增加呈现减小后增加的趋势。通过上述研究得出,两种植物根系力学特性比较结果为沙棘对土体的稳固比杨柴优。