基于根系构型的调控提高植物边坡根系固土能力

摘要

植物护坡效果与根系在土壤中的空间造型和分布(根系构型)密切相关。采用水肥组合方法调控植物根系构型,通过一系列的室内外试验和理论分析,研究调控后的植物根系构型对边坡土体强度的影响。根据公路边坡工程的实际情况,制作了一路堤试验边坡,选用香根草植物作为生态边坡防护物种,采用9组不同的水肥组合调控植物根系在边坡土体内的生长构型。10个月后,通过十字架分层开挖,统计边坡植物根系发现,香根草根系含量随土层深度先增加后减少,与土层深度之间符合Gauss曲线关系。在施以水肥组合调控区域,香根草根系增生了大量的2级根和3级根,使得土体根系含量和根系表面积密度得到提高,且上坡向的根系占比超过下坡向,达到60%~66%。取不同区域原状土进行剪切试验发现,土体根系含量和根系表面积密度是影响土体抗剪强度的重要因素。通过回归分析发现,土体黏聚力与根系表面积密度之间符合线性关系。基于Wu氏模型,计算了植物根系对土体抗剪强度的增强作用,结果表明:自然生长条件下,单株香根草根系对边坡土体抗剪强度的增量ΔS大致为5.28~8.62 kPa;调控后,边坡土体增生的大部分2级和3级香根草根系与竖直方向的夹角大于坡角,使得单株香根草边坡土体的抗剪强度提高了17.59~33.97k Pa。上述研究结果表明,可利用水肥组合调控植物根系在边坡土体内的生长构型,进一步加固边坡土体,为提高植物边坡土体强度和预防边坡水土流失提供理论和实践依据。