外力作用下4种植物根系易损部位的研究

李有芳，刘 静* ，张 欣，李雪松，姚喜军，王晨嘉，苏 禹

(1.内蒙古农业大学沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010019； 2.水利部牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010010;3.内蒙古自治区土地调查规划院，内蒙古 呼和浩特 021000)

外力作用下4种植物根系易损部位的研究

李有芳1，刘 静1*，张 欣2，李雪松1，姚喜军3，王晨嘉1，苏 禹1

(1.内蒙古农业大学沙漠治理学院，内蒙古 呼和浩特 010019； 2.水利部牧区水利科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010010;3.内蒙古自治区土地调查规划院，内蒙古 呼和浩特 021000)

侧根分支处；相邻直根；抗拉力；抗折力

1 材料与方法

1.1 试验材料采集

1.2 试验根的选取与制备

图1所示：直根总长为5 cm，其中，阴影部分为夹具夹持部位，两夹具间即受力段为3 cm,夹具两端各1 cm。从直根中点向两端每隔5 mm做一标记点并测量该标记点的直径。标记点每隔180°测量一次，取平均值作为该直根的平均直径。

图2所示：以侧根分支处为中点，沿上级直根段的轴向总长同为5 cm，其中，阴影部分为夹具夹持部位，两夹具间距离3 cm，夹具两端各1 cm。由于侧根分支处根径横截面不一定呈规则圆形，因此，对其每隔120°测量1次直径，取3次直径平均值作为侧根分支处直径。

A: 相邻上级直根Adjacent upper straight root; B: 受力段forced part; C: 侧根分支处Lateral root branch; D: 上级根Upper root; E: 下级根Lower root.图1 相邻直根段示意图Fig.1 Adjacent upper straight roots in test roots图2 侧根分支段示意图Fig.2 Lateral root branch in test roots

1.2.2 抗折试验根的选取与制备 抗折试验根的选取与制备方法同抗拉试验，其中，带有侧根分支处的试验根与相邻直根段总长均8 cm，2种根受力段均为4 cm，夹具两端各2 cm。从试验根的中点(侧根分支段的中点为侧根分支处)向两端每隔1 cm做标记并测量标记点的直径，标记点的测量方法同抗拉试验。

1.3 抗拉力和抗折力的测定

抗拉力和抗折力均由TY8000伺服控制材料试验机进行测定，加载速度均为500 mm·min-1。抗拉力测定时将试验根的上下两端分别垂直固定在试验机的上下夹具内，其中，侧根分支处根段的上级根固定在试验机的上夹具内，2根下级根分别用3点固定式夹具夹持并调整夹具的角度以确保每一下级根轴向受力，启动试验机，对根系施加轴向拉力，直至根被拉断。抗折试验使直根呈水平状态，用自制夹具将直根两端固定，施力点位于直根受力段中点的上方(图1)，带有侧根分支处的试验根使侧根分支处位于受力段的中点，用自制夹具水平固定侧根分支段的上级根和两根下级根，在侧根分支处施加垂直于根轴线的点压力(图2)。极限抗拉力和抗折力由电脑自动记录。本试验中抗折强度为破坏处单位根横截面积上的抗折力。

抗拉强度、抗折强度计算公式：

P= 4F/πD2

式中：P—抗拉强度、抗折强度(MPa)；F—抗拉力、抗折力(N)；D—断裂处直径(mm)。

1.4 数据处理

采用Excel 2007和SAS 9.0软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 4种植物侧根分支处和相邻直根抗拉特性的差异

A: 相邻直根抗拉力Anti-tension force of adjacent upper straight root; B: 侧根分支处抗拉力Anti-tension force of lateral root branch; C: 相邻直根抗拉强度Anti-tension strength of adjacent upper straight root; D: 侧根分支处抗拉强度Anti-tension strength of lateral root branch. Ⅰ: 柠条Caragana korshinskii; Ⅱ: 沙柳Salix psammophila; Ⅲ: 沙棘Hippophae rhamnoides; Ⅳ: 白沙蒿Artemisia sphaerocephala;下同The same below.图3 4种植物侧根分支处、相邻直根的抗拉力和抗拉强度Fig.3 Anti-tension force and anti- tension strength between lateral root branches and adjacent upper straight roots in four plants

2.2 4种植物侧根分支处和相邻直根抗折特性的差异

A: 相邻直根抗折力 Anti-fracture force of adjacent upper straight root; B: 侧根分支处抗折力 Anti-fracture force of lateral root branch; C: 相邻直根抗折强度 Anti-fracture strength of adjacent upper straight root ; D: 侧根分支处抗折强度 Anti-fracture strength of lateral root branch.图4 4种植物侧根分支处、相邻直根的抗折力和抗折强度Fig.4 Anti- fracture force and anti- fracture strength between lateral root branches and adjacent upper straight roots in four plants.

3 讨论

4 结论

造成垂直根模型(WWM)和纤维束模型(FBM)预测值偏高的原因应补充两点：①模型根系全部计入直根的抗拉力，忽略了侧根分支处，而侧根分支处是根系固土的薄弱点。②模型假设根土复合体发生剪切时，所有根系只在轴向方向受拉,而实际在土体被剪切时，根可能承受轴向拉力，也可能承受径向折力。不同植物种，单根抵抗拉力和折力的特性不同，对于单根抗折强度小于抗拉强度的植物，模型必然高估根系的实际固土能力。

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(责任编辑：詹春梅)

Study on the Vulnerability of the Roots of Four Species under External Forces

LIYou-fang1,LIUJing1,ZHANGXin2,LIXue-song1,YAOXi-jun3,WANGChen-jia1,SUYu1

(1.Desert Science and Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019, Inner Mongolia, China; 2.Institute of Water Resources for Pasturing Area of the Ministry of Water Resources, Hohhot 010010, Inner Mongolia, China; 3.Land Surveying and Planning Institute of Inner Mongolia, Hohhot 010010, Inner Mongolia, China)

lateral root branch; adjacent straight root; anti-tension force; anti-fracture force

10.13275/j.cnki.lykxyj.2017.01.009

2016-02-01

国家自然科学基金项目(51364034)

李有芳(1990—)，女，硕士研究生，主要研究方向：水土保持与荒漠化防治.电话：18747115838 E-mail: lyfyzd123@163.com
* 通讯作者：刘 静，女，博士，教授，主要研究方向：水土保持与荒漠化防治.电话：13404803349 E-mail: ljing58@126.com

S157.2

A

1001-1498(2017)01-0063-06