天然草本植被根系对土壤抗剪强度的提升作用

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2、侵蚀是影响水土环境的重要因素，大规模工程建设形成的人工坡面以及天然坡面的水土流失预防与治理是水土流失控制的关键。随着人们生态意思的增强，植被固土护坡技术已在坡面治理工程中得到越来越多的应用。活性植物根系一方面可通过物理作用（如根系生长及其死亡腐烂等）或生理化学作用（如根系分泌物、土壤水分吸收利用等）改善土壤物理性状，增大土壤入渗和传导能力[1-5],降低地表径流强度或集中流引起的土壤侵蚀[6-7];另一方面，相对于土体而言，植被根系本身具有较强的抗拉能力[8-10],从而增强整个土壤-根系系统的抗剪切破坏能

3、力[3].所有这些因素，都会在一定程度上减少坡面水土流失。　　大量研究结果表明，土壤-根系复合体的抗剪强度由土壤本身的抗剪强度以及根系系统增加的抗剪强度两部分组成[11-13],即：τf=τfs+τfr（1）式中：τf,土壤-根系复合体抗剪强度，kPa;τfs,无根系土壤抗剪强度，kPa,其大小主要与土壤质地、密度以及含水量等土壤性质有关；τfr,因土壤中存在植被根系而增加的土壤抗剪强度，kPa.一般认为，土壤中根系的存在只增大土壤粘聚力而对土壤内摩擦角的影响较小[14-15].　　不同的植物种类及其根系类

4、型以及同种植物的不同生长阶段和生长环境，其根系性质及其固土作用差异极大[3,12,16].一年生草本植物根系浅且细，根系直径一般小于1mm,多分布在20~30cm的表层土壤内[9,16-20].草本植物根系可增大土壤的抗冲抗蚀能力[17,21],抑制土壤水力侵蚀[6,21-23].草本植物对改善土壤团聚体的稳定性以及增强土壤粘聚力、表土加固和土壤抗剪强度的作用明显优于乔灌木[3-4,12,14-15,18].Mickovski等[22]的研究结果显示，人工种植的幼年香根草可增大土壤抗剪强度36%或2.7kP

5、a.　　Cammeraat等[24]对一年生天然草本植被（主要为二穗短柄草、香草科、景天属和蜡菊属等混合植被）的测试结果显示，草本植被根系平均可增大土壤抗剪强度0.6kPa.　　Burylo等[15]通过模型计算，认为草本植被根系可增大表层20cm土壤抗剪强度5kPa以上。我国北方常见的稗草和狗尾巴草等一年生天然草本植被根系对土壤抗剪强度的影响作用尚未见报道。　　人们对木本植被（乔灌木）根系对土坡稳定性的影响已经有了较深入的理解和认识[25-26].由于试验方法的局限性以及研究对象的复杂性，草本植被对土壤侵

6、蚀影响的研究目前较多集中在植被的地上部分，研究对象主要针对人工植被系统或是人工加根的扰动土样[6,14,17,27-28],这与自然植被条件下土壤中根系分布以及根系与土壤之间的接触状况有较大差别。而对天然草本植物的关注，主要集中在如何控制对农田作物生长的影响方面，而较少关注其有利的方面特别是天然草本植被地下部分对生态环境的影响[9].因此，本研究针对一年生天然草本植被，探讨其根系对土壤抗剪强度的影响效果，旨在对自然条件下草本植被固土护坡作用加深理解，以期为建立生态环保型水土流失防护技术体系提供理论支持。　　

7、1材料与方法　　1.1试样采集　　试样采自北京市昌平区沙河镇满井西村苗圃园中的林间空地（N40°9′，E116°15′,海拔高度45m）.　　昌平区属于暖温带大陆性季风气候区，年均降水量和年均气温分别为550.3mm和11.8℃.取样地土壤无生活垃圾或工业垃圾，其天然植被主要是稗草（Echinochloacrusgalli（L.）Beauv.）和狗尾巴草（Setaria[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料viridis（L.）Beauv.）。测试土壤的粘粒、粉粒和砂粒含量分别为16.0%

8、、50.5%和33.5%,其质地属于粉质壤土。　　选择地势平坦、天然草本植被类型均一、且植被覆盖度与周边环境相对一致的大约4m2区域作为试样采集区。在试样采集区内，采集点随机布置。为使采样点更具代表性，采样点避开植株位置处。　　土壤取样深度为5~20cm.采集试样时，首先清除取样点地表以上部分的植被，将地表铲平[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料（2~5cm）。在环刀（内径61.8mm,高20